Hilfsproto k o lle Zustellung von IP

Seite 253
B
54
C
143
B
54
C
143
137.226.12.18 137.226.12.142 137.226.12.1
A
17
E
137.226.12.51 137.226.12.20
D
97
E
62
137.226.12.51 137.226.12.20
D
97
Die physikalische Adresse zur IP-Adresse 137.226.12.20 ist 62
137.226.12.18 137.226.12.142 137.226.12.1
A
17
Suche die physikalische Adresse zur IP-Adresse 137.226.12.20
Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz
• Die Einträge verfallen nach einer gewissen Zeit, um z.B. beim Austausch
der Netzwerk-Karte keine Irrläufer zu verursachen
Seite 255
• Jeder Host speichert in einer Tabelle bekannte IP- und Hardware-Adressen
• Die Maschine mit der angefragten IP-Adresse sendet eine Antwort
ARP Response
ARP Request
Address Resolution Protocol
Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz
• Internet Group Management Protocol (IGMP)
62
• Die Hardware-Adresse ist z.B. bei Ethernet eine 48 Bit-Adresse, die der
Hersteller auf der Netzwerkkarte eindeutig fest einprägt
• Internet Control Message Protocol (ICMP)
A
B
C
D
E
Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz
Jeder Rechner speichert dabei die Absender-IP und Absender-HardwareAdresse in seinem ARP-Cache
ARP Request
Jeder Rechner sendet von Zeit zu Zeit einen ARP-Request (Broadcast)
nach seiner eigenen IP-Adresse.
Optimierung des Verfahrens:
Address Resolution Protocol
Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz
• Eine ARP-Anfrage ist nur im lokalen Netz gültig
Seite 256
Seite 254
• ARP benutzt die lokale Broadcast-Adresse, um unter Angabe der gesuchten
IP-Adresse die Hardware-Adresse dynamisch zu erfragen
• Mit Hilfe des ARP werden IP- und Hardware-Adressen einander zugeordnet
• Reverse Address Resoultion Protocol (RARP)
• Address Resoultion Protocol (ARP)
• Das Internet ist ein virtuelles Netz, das auf physikalischen Netzen aufsetzt.
Daher bieten IP-Adressen nur einen logischen Adressraum. Die Hardware auf
den unteren Schichten versteht IP-Adressen nicht. Der Sender muss die
Hardware-Adresse des Empfängers kennen, bevor er ein IP-Paket im Zielnetz
direkt verschicken kann.
Address Resolution Protocol (ARP)
Zustellung von IP-Paketen
IP dient nur zum Versenden von Paketen bei bekannten Adressen.
Dabei bleiben einige Fragen offen, die durch Hilfsprotokolle
gehandhabt werden:
Hilfsprotokolle
B
D
Die IP-Adresse ist 137.226.12.20
C
Seite 257
RARP-Server
E
Router
Host
ICMP Reply
ICMP Request
Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz
ICMP Message
Router
Host
Seite 259
ICMP Request: Zustandsabfrage
ICMP Reply:
Antwort darauf
ICMP Message: Übermittlung von
Zustandsinformationen
und Kontrollnachrichten
Beispiel 2: ping (Frage nach einem Lebenszeichen einer Station) benutzt ICMPNachrichten.
Beispiel 1: wenn ein Router ein Paket nicht weiterleiten kann, muss die Quelle
darüber informiert werden. ICMP-Nachrichten sind insbesondere bei Fehlern im
Netz hilfreich.
ICMP ist ein Steuerprotokoll der Schicht 3, welches auf IP aufbaut! Dieses
Protokoll wird z.B. von Routern verwendet, wenn etwas Unerwartetes passiert.
ICMP - Internet Control Message
Protocol
Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz
A
RARP ermöglicht es, dass eine gebootete Maschine ihre Hardware-Adresse
broadcastet und von einem RARP-Server ihre entsprechende IP-Adresse
mitgeteilt bekommt.
•
Ich habe die Hardware-Adresse 62
Mit Hilfe von Reverse ARP werden bekannte Hardware-Adressen
IP-Adressen zugeordnet.
•
RARP Request
Nicht bei allen Betriebssystemen wird einem Rechner beim Starten eine IPAdresse zugewiesen. Wie erhält ein entsprechender Rechner nach dem
Booten seine IP-Adresse?
•
RARP - Reverse Address
Resolution Protocol
ICMP - Header
Seite 258
Checksum
Optional Data
Sequence Number
Seite 260
Destination unreachable
(Paket kann nicht zugestellt werden)
Echo Request/Reply
(Zustandsabfrage, z.B. beim ping)
Source Quench
(Choke-Paket, Bitte um Reduktion der Datenrate)
Time exceeded for Datagram
(TTL hat 0 erreicht, das Paket wird verworfen)
Parameter Problem on Datagram (Ein Header-Feld ist falsch ausgefüllt)
Information Request/Reply
Traceroute
(Der Netzwerkpfad wird nachverfolgt)
Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz
0
3
4
11
12
15/16
30
Code
IP Header......
Identifier
Type
Type/Code gibt die Art der Nachricht an, z.B.:
• ICMP-Nachrichtenformat:
• Also: ICMP versendet Fehler- und Kontrollnachrichten auf Netzebene. Diese
Nachrichten werden in ein IP-Paket verpackt
Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz
• Abhilfe: DHCP. Ein Rechner sendet ein DHCP-DISCOVER-Paket. In jedem
Teilnetz wird ein DHCP Relay Agent stationiert, der solche Nachrichten an den
DHCP-Server weiterleitet.
• Problem mit RARP: RARP-Requests werden von Routern nicht weitergeleitet,
daher muss in jedem Netz ein eigener RARP-Server bereitgestellt werden.
DHCP - Dynamic Host
Configuration Protocol
R
R
Empfänger
2. Übertragung
Problem bei Unicast
und Broadcast:
Wie kann man effizient
eine Gruppe von
Rechnern
adressieren?
Empfänger
Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz
• Für ein Broadcast nach Informatik 4: Adresse 137.226.12.255.
• Für ein Broadcast ins RWTH-Netz verwendet er die Adresse 137.226.255.255.
Seite 263
• Wenn Rechner mit IP-Adresse 139.0.0.1 ein Broadcast an alle lokalen Netzknoten
versenden will, verwendet er die Adresse 255.255.255.255.
Beispiel:
• Ein Broadcast an alle nicht-lokalen Empfänger wird durch den RoutingMechanismus zum nächsten Router vermittelt.
• Kein Broadcast-Routing, wenn der Empfänger im lokalen Netz „sitzt“ (denn
in diesem Fall erreicht jede Nachricht sowieso alle Empfänger).
Seite 261
Empfänger Empfänger
R
• Ein Broadcast darf nie auf das Netz gesendet werden, von dem der
Broadcast empfangen wurde (würde zu „Broadcast Storm“ führen).
Regeln für das Routing von Broadcasts:
IP-Broadcast und Router
Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz
Empfänger
R
Sender
Broadcast
Unicast ist Ende-zu-Ende-Übertragung
• Mehrere Übertragungen müssen nacheinander erfolgen.
• Mehrfachbelastung des Übertragungswegs durch
dieselbe Nachricht.
• Ineffiziente Nutzung von Zeiten und Kapazitäten.
Broadcast ist 'Einer-an-Alle'-Übertragung
• Ein Paket wird an viele Empfänger geschickt, die es
nicht interessiert
• Belastung durch Nutzung von Übertragungswegen, die
eigentlich nicht benötigt werden
Empfänger
1. Übertragung
Sender
Unicast
Unicast und Broadcast
Reserviert
Multicast-Adressen
11111111
11111111.11111111.11111111.11111111
11110
1110
11111111
11111111.11111111
Subnetz
32 Bits
Netzwerk
Netzwerk
Netzwerk
„Adresse“ 255.255.255.255
Limited Broadcast
(an eigenes Netz)
für zukünftige Nutzung
Multicast
Directed-Broadcast
Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz
• Eine Gruppe kann aus beliebig vielen Hosts bestehen.
• Ein Host muss nicht Gruppenmitglied sein, um senden zu können.
• Keine Beschränkung der Positionierung eines Hosts.
• Ein Host kann mehreren Gruppen angehören (mehrfache Mitgliedschaft).
• Ein Host kann jederzeit in eine Gruppe aufgenommen werden oder sie verlassen.
IP Host Group Model:
Seite 264
Seite 262
All Subnet-Directed-Broadcast
Subnet-Directed-Broadcast
Broadcast-Klassen
Gruppenadressen für Hosts
Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz
E
D
A,B,C
A,B,C
A,B
IP-Adr.
Klasse
IP-Adressen für Broadcast
Empfänger
R
R
R
R
R
R
R
R
R
Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz
Pruning Messages
(schneiden nicht benötigte Äste weg)
R
IGMP-Nachrichten
Routing-Information
Kürzeste Wege finden
Sender
R
Router
Host
R
R
Hier keine
Teilnehmer
Mindestens
ein Teilnehmer
R
R
Seite 267
• Das Routing-Protokoll berechnet
die kürzesten Wege zu allen
Rechnern im Netz
• Router, die keine Teilnehmer im
angeschlossenen Netz haben,
schicken Pruning Messages
zurück; das nächste Mal werden
die Multicast-Pakete nicht mehr an
diesen Router gesendet
• Mittels IGMP-Nachrichten
werden Gruppenzugehörigkeiten weitergegeben
• Die Router verwalten zu
jeder Multicast-Adresse
eine Routing-Information
• Die Router tauschen ihre
Routing-Informationen aus
Seite 265
Vorgehen:
• Verwendung von Multicast-Adressen: Klasse-D-Adressen,
von 224.0.0.0 bis 239.255.255.255
• einige davon sind für bestimmte Zwecke reserviert
(z.B. 224.0.0.2 - alle Gateways im Subnet)
• Standard-IP-Protokoll um Funktionen des Internet-GroupManagement-Protocol (IGMP) erweitern
Probleme:
• Unterstützung von Multicast ist nicht für alle Geräte
zwingend vorgeschrieben
• effiziente Adressierung: wie schafft man es, genau die
gewünschten Rechner zu erreichen?
Sendung an n > 1 ausgewählte Stationen
Multicast Control Path
Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz
Empfänger
R
R
Sender
Multicast
Wie lassen sich als Mittelding zwischen Unicast und Broadcast beschränkte Gruppen
von Rechnern adressieren?
IP-Multicast
periodisch fragen die Router nach (Polling), welche Multicast-Gruppen noch
präsent sind
Router tauschen Informationen aus, um Multicast-Routing-Bäume festzulegen
•
•
Sink-Tree für den linken Router
Netzwerk mit Interessenten für zwei Multicast-Gruppen
Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz
(c)/(d) Multicast-Routing-Bäume für die Gruppen 1 und 2
(b)
(a)
Beispiel – Multicast-Gruppen
Seite 268
Seite 266
Router merken sich die Existenz der Gruppenmitglieder
•
Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz
mittels IGMP-Nachrichten (in IP-Pakete verkapselt) geben Hosts allen Hosts in
ihrem Subnetz bekannt, zu welchen Gruppen sie gehören
Zum Versand von Multicast-Nachrichten an Gruppenmitglieder, die sich in
unterschiedlichen physikalischen Netzen befinden, benötigen Router
Informationen über Gruppenzugehörigkeiten. Sind solche Gruppen nur temporär,
müssen sich Router im Betrieb über Zugehörigkeiten informieren.
Multicast Router
•
•
Gruppenmitglieder
IGMP - Internet Group Management
Protocol
Mbone Services
Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz
• Video-On-Demand
• Breitbanddienste (Radio, Fernsehen)
• Elektronische Zeitung
Breitbandige Informationsdienste
• Video Mail
• Übermittlung von Dokumenten
Nachrichtenaustausch
• Bildtelefon
• Breitbandvideokonferenz
• Videoüberwachung
Bewegtbild-Übertragung
Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz
R
R
Seite 269
• LAN-Anschlüsse
• CAD/CAM-Anschlüsse
• Bildübertragung
Datenkommunikation
Seite 271
• Fernlehrgänge
• Zugriff auf Datenbanken
Call Services
Internet
IP-Tunneling: Multicast-Router verpacken IP-Multicast-Pakete in normale
IP-Pakte und versenden sie direkt an die anderen Multicast-Router
Lösung:
Nicht alle Router sind multicastfähig
Problem:
Multicast-Tunnel
Seite 270
Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz
Internes
Protokoll 1
Internes
Protokoll 3
Externes Protokoll
Internes
Protokoll 2
Seite 272
Durch Standardisierung der verwendbaren Protokolle lassen sich an den Grenzen
der autonomen Systeme Gateways zur Weiterleitung der Pakete einsetzen.
Das Internet setzt sich aus einer großen Zahl autonomer Systeme zusammen.
Jedes autonome System wird von einem eigenen Unternehmen betrieben und kann
eigene Routing-Protokolle verwenden.
Routing im Internet
Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz
••Ende
Endeder
derExperimentierphase,
Experimentierphase,Einsatz
Einsatzals
alsechter
echterDienst
Dienst
••Multicast-Routing
Multicast-Routingdurch
durch„richtige
„richtigeRouter“
Router“statt
stattdurch
durchkonfigurierte
konfigurierteUNIXUNIXWorkstations
Workstations
••Soll
Sollininwenigen
wenigenJahren
Jahrenein
einzentraler
zentralerService
Serviceim
imInternet
Internetwerden
werden
Morgen
Morgen
••Komplexes
KomplexesMulticast-Routing-Netzwerk
Multicast-Routing-Netzwerk
••Implementierung
Implementierungvon
vonMehr-Parteien-Konferenzen,
Mehr-Parteien-Konferenzen,Seminaren
Seminarenoder
oderVorlesungen
Vorlesungen
••Benutzt
für
Übertragung
großer
Datenmengen
Benutzt für Übertragung großer Datenmengen
Heute
Heute
••Multicast-Backbone
Multicast-Backbone (Mbone)
(Mbone)
••Globales
GlobalesNetzwerk
Netzwerkmit
mitMulticast-Technologie
Multicast-Technologie
••1992
1992erste
ersteExperimente
Experimente(Übertragung
(Übertragungeiner
einerIETF-Konferenz)
IETF-Konferenz)
Gestern
Gestern
Multicast Backbone
Cisco Press, Macmillian Technical
Publishing
Jeff Doyle: Routing TCP/IP, Vol. 1.
Seite 273
Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz
• Unterstützt werden drei Arten von Verbindungen:
- Punkt-zu-Punkt-Leitungen zwischen Routern
- Mehrfachzugriffsnetze mit Broadcasting (meistens LANs)
- Mehrfachzugriffsnetze ohne Broadcasting (z.B. paketvermittelnde
WANs)
• Enthält Sicherheitsmechanismen, um Router vor böswilligen / falschen
Routing-Informationen zu schützen
• Unterstützt hierarchische Systeme
• Bietet Lastausgleich zwischen redundanten Leitungen
Seite 275
• Dynamischer Algorithmus zur schnellen Anpassung an sich verändernde
Bedingungen im Netz
• Unterstützt eine Vielzahl von Metriken (Entfernung, Verzögerung etc.)
• Offenes Protokoll (nicht herstellerspezifisch)
• 1990 von IETF standardisiert (RFC 1247)
Open Shortest Path First
Internes Gateway-RoutingProtokoll - OSPF
Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz
• Hot Standby Router Protocol (HSRP)
• ICMP Router Discovery Protocol (IRDP)
Router Discovery-Protokolle
• Exterior Gateway Protocol (EGP)
• Border Gateway Protocol (BGP)
Exterior Gateway-Protokolle (Routing zwischen Domänen, Beachtung von Policies
der Domänen)
• Intermediate System - to - Intermediate System (IS-IS)
• Open Shortest Path First (OSPF)
• Enhanced IGRP
• Internet Gateway Routing Protocol (IGRP)
• Routing Information Protocol (RIP)
Interior Gateway-Protokolle (Routing in autonomen Systemen, zur effizienten
Übertragung)
Routing-Protokolle
Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz
A
2
Dann folgt die Berechnung
des kürzesten Pfads von
jedem Router zu jedem
anderen.
OSPF berechnet für ein
autonomes System einen
Graph, in dem jede Kante
einer Kostenstelle
(Entfernung, Verzögerung,
...) entspricht.
Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz
L1
B
A
3
2
C
LAN 1
B
C
4
4
OSPF
G
D
10
G
D
6
6
E
17
WAN 1
W1
• Ablösung durch ein Link-State-Protokoll (OSPF)
8
H
W3
12
13
W2
1
16
WAN 3
H
WAN 2
I
3
4
2
Seite 276
L2
F
LAN 2
F
Seite 274
• Als Reaktion auf die Beschränkungen von RIP führte Cisco das Internet Gateway
Routing Protocol (IGRP) ein: Erweiterung der Metrik, Load Sharing, effizienteres
Paket-Format. Breit durchgesetzt hat sich das Protokoll jedoch nicht, da es
Cisco-spezifisch ist...
• RIPv2: Subnetze, Authentifikation, Multicast, ... aber: die maximal mögliche Zahl
von Hops bleibt auf 15 beschränkt.
• Probleme: langsame Konvergenz (im Minutenbereich), Count-to-Infinity, keine
Adressierung von Subnetzen
• gut geeignet für kleinere Systeme
• In einer Nachricht können (nur) bis zu 25 Einträge der Routing-Tabelle verschickt
werden
• Als Metrik zur Bewertung der Pfade wird die Anzahl der Hops verwendet. (Die
maximal mögliche Zahl an Hops ist auf 15 beschränkt!)
• RIP-Nachrichten werden alle 30 Sekunden in UDP-Datagrammen verschickt
• Basiert auf dem Distance Vector Protocol
• Ursprüngliches internes Gateway-Protokoll des Internets
Routing Information Protocol (RIP)
J
J
Seite 277
Gibt die Kosten des Senders an seine Nachbarn aus
Bestätigt eine Link-State-Aktualisierung
Gibt die neuesten Update-Informationen des Senders bekannt
Fordert Informationen vom Partner an
Link State Update
Link State Ack
Database Description
Link State Request
Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz
• Alle OSPF-Pakete beginnen mit einem gemeinsamen Header
Seite 279
Dient zur Feststellung, wer die Nachbarn sind
Hello
• OSPF läuft direkt über IP
Beschreibung
Nachrichtentyp
Informationsaustausch danach findet nicht mehr mit allen Nachbarn statt, da dies
in Broadcast-Netzen ineffizient wäre. Statt dessen wird in solche Fällen ein
dedizierter Router bestimmt, der stellvertretend für das Netz ist und die
Kommunikation mit allen anderen angeschlossenen Routern übernimmt.
Wenn ein Router gestartet wird, sendet er zunächst eine HELLO-Nachricht auf
allen Verbindungen, um seine Nachbarn zu ermitteln.
Die 5 Nachrichtentypen von OSPF
Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz
• OSPF unterscheidet vier Router-Klassen:
- Interne Router, die gänzlich zu einem Bereich gehören
- Router an Bereichsgrenzen, die zwei oder mehr Bereiche verbinden
- Backbone-Router, die sich am Backbone befinden
- AS-Grenz-Router, die zwischen mehreren autonomen Systemen vermitteln
• Ein Router, der zwei Bereiche verbindet, benötigt aus beiden Bereichen die LinkState-Datenbank
• In diesen Bereichen hat jeder Router dieselbe Link-State-Datenbank und führt
den gleichen Algorithmus zur Ermittlung des kürzesten Weges aus
• Jeder Router, der zu zwei oder mehr Bereichen gehört, ist Teil des Backbones
• Jedes autonome System hat einen Backbone, über den man von jedem
beliebigen Teil zu einem anderen gelangen kann
• Sehr große autonome Gebiete werde in Bereiche unterteilt
• Das Internet wird in Autonome Systeme (AS) aufgeteilt
OSPF
AS 4
Grenz-Router des
autonomen Systems (AS)
BereichsgrenzRouter
Beglaubigung
Beglaubigung
Bereichs-ID
Router-ID
Typ
Autyp
Paketlänge
Seite 280
Seite 278
Beziehung zwischen
autonomen Systemen (AS),
Backbones und Bereichen in
OSPF
Version gibt die Versionsnummer von OSPF an
Typ ist der enthaltene Nachrichtentyp
Paketlänge entspricht Anzahl der Bytes in einem Paket
Router-ID ist die Kennung des Routers
Bereichs-ID die Kennung des Bereichs
Autyp: 0 – ohne Authentifizierung, 1 – einfache Authentifizierung
(ein Passwort wird mitgesendet)
Prüfsumme
Version #
Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz
•
•
•
•
•
•
Bereich
Backbone
Router
Backbone
externes Protokoll verbindet
die autonomen Systeme
AS 2
Der gemeinsame Header
Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz
AS 3
Interner Router
AS 1
OSPF
Nachbar
------
Nachbar
Ernannter Backup-Router
Dezidierter Router
Totintervall
Optionen
Priorität
Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz
• Verwendet TCP zum Datenaustausch
• Teilt Nachbarn den zu benutzenden Pfad mit (deterministisch)
• Beachtet Sicherheits- und andere Regeln (Routing-Policies)
• Variante des Distance Vector Protocol: nicht die Kosten eines
Übertragungswegs werden überwacht und ausgetauscht, sondern
komplette Pfadbeschreibungen
Ist ein externes Routing-Protokoll
BGP - Border Gateway Protocol
Externe Gateway-Protokolle müssen (politische, wirtschaftliche, ...) Regeln
beachten.
Seite 283
Interne Gateway-Protokolle sind auf Effizienz ausgerichtet: finde den besten Weg
zum Zielrechner.
Externes Gateway-Protokoll - BGP
Seite 281
Alle Felder sind 32 Bit lang (außer Hello-Intervall, Optionen, Priorität)
Hello-Pakete werden alle Hello-Intervall-Sekunden vom Router gesendet
Innerhalb eines LANs sendet nur ein dedizierter Router
Enthält eine Liste aller Nachbarn, die innerhalb des Totintervalls gesendet
haben
Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz
•
•
•
•
Hello-Interval
Netzwerkmaske
OSPF-Paket-Header, Typ = 1 (Hello)
Hello-Protokoll
F
I
C
Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz
E
A
B
G
J
Mehrere BGP-Router
H
D
Annahme: F benutzt FGCD, um
D zu erreichen
Seite 282
Seite 284
• Routen, die Policies verletzten, werden
auf inf gesetzt
• Anwendung von Policies
• B und G stehen zur Wahl
• Pfade von I und E werden gleich
verworfen, weil sie durch F führen
F sucht die optimale Route
von B: „Ich benutze BCD“
von G: „Ich benutze GCD“
von I: „Ich benutze IFGCD“
von E: „Ich benutze EFGCD“
F empfängt von Nachbarn folgende
Informationen über D:
An F gesendete Informationen
Externes Gateway-Protokoll - BGP
Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz
• Link State Update und Link State Ack sind die normalen, regelmäßig
verschickten Zustandsinformationen. Hierzu wird Flooding verwendet.
• Data Base Description teilt dem Anfragenden alle Daten des Antwortenden mit
• Link State Request wird verwendet, falls Inkonsistenzen in einer Datenbank
auftreten
• Bei Paketverlust erfolgt eine erneute Übertragung
• Asymmetrischer Abgleich (Master – Slave) der Datenbanken
• Dient dem Abgleich zweier Datenbanken von benachbarten Routern z.B. bei
einer Neukonfiguration, einer neuen Punkt-zu-Punkt Verbindung etc.
• Existiert in zwei Varianten: Data Base Description und Link State Request
Das Austauschprotokoll
niedrig
niedrig
niedrig
Audio on Demand
Video on Demand
IP-Telefonie
Videokonferenz
• Distance Vector Protocol
• Verwendet Reverse Path Forwarding (RPF): ein Paket wird nur weitergeleitet,
wenn es auf der kürzesten Route vom Sender eintrifft. Damit werden Schleifen im
Routing-Baum vermieden.
Seite 285
Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz
• Packet Scheduling (z.B. Weighted Fair Queuing)
Seite 287
• Buffering: speichere die Daten beim Empfänger zwischen. Dadurch wird zwar die
Verzögerung erhöht, aber der Jitter gesenkt (Audio/Video on Demand)
• Overprovisioning: erhöhe Router-Kapazitäten, Buffer und Bandbreite
• Traffic Shaping, z.B. Leaky Bucket und Token Bucket
Mechanismus: betrachte einen Fluss von Datenpaketen als Strom, versuche, für
diesen Strom Qualitätsanforderungen durchzusetzen.
Einhaltung von QoS
Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz
hoch
hoch
niedrig
niedrig
mittel
mittel
niedrig
niedrig
Verzögerung
hoch
hoch
hoch
hoch
mittel
niedrig
niedrig
niedrig
Jitter
Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz
Seite 288
• Priority Queueing
Anhand eines Merkmals (Bit im Header, Zieladresse, ...) wird einem Paket eine
Priorität zugeordnet. Für jede Priorität existiert ein eigener Buffer. Es wird immer
die höchst-priorisierte, nicht-leere Warteschlange abgearbeitet.
• FIFO (First In, First Out)
Die Pakete werden der Ankunft nach übertragen; ist der Buffer voll, werden
weitere Pakete verworfen.
Seite 286
hoch
niedrig
hoch
mittel
niedrig
mittel
mittel
niedrig
Bandbreite
Bestimme die Reihenfolge, in der ein Router ankommende Pakete weiterleitet.
Packet Scheduling
Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz
hoch
niedrig
Remote Login
• Verwaltung spezieller Routing-Tabellen, können getrennt von normalen RoutingTabellen gehalten werden
hoch
Zuverlässigkeit
Web-Zugriff
Anwendung
• Implementierung verfügbar als Public-Domain Software “mrouted”, derzeit die
populärste Multicast-Protokoll-Implementierung
alle dedizierten OSPF-Router des LANs
hoch
224.0.0.6
alle OSPF-Router des LANs
• Aber: viele Anwendungen benötigen eine gewisse Dienstgüte (Quality of Service,
QoS), um vernünftig ausgeführt werden zu können:
hoch
-
224.0.0.5
gesamtes LAN
alle Router des LANs
Dateitransfer
-
224.0.0.2
• IP ist paketvermittelnd, daher gibt es bei einer Übertragung keinerlei Granatien
(Durchsatz, Übertragungsverzögerung, ...)
Problem heute:
Quality of Service im Internet
E-Mail
-
-
224.0.0.1
• Verwendet Class-D-Adressen, z.B.
Distance Vector Multicast Routing Protocol (DVMRP, RFC 1075)
Multicast-Routing
RSVP
Seite 289
Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz
Seite 291
• Um veraltete Reservierungen löschen zu können, werden Timeouts definiert.
Frischt der Empfänger seine Reservierung nicht vor Ablauf des Timers auf, wird
sie gelöscht.
• Sobald die RSVP Reservation Message den Sender erreicht, ist der komplette
Weg reserviert, der Sender fängt an zu senden.
• Ist eine Reservierung bei einem Router nicht möglich, wird eine Fehlernachricht
zurückgeschickt.
• Der Empfänger schickt entlang dieses Pfads RSVP Reservation Messages, die
seine Flussspezifikation enthalten. Jeder Router auf dem Weg reserviert
entsprechend.
• Der Sender schickt eine RSVP Path Message zum Empfänger. Hierdurch werden
die Weginformationen der Router eingesammelt und dem Empfänger mitgeteilt.
(Es können auch direkt Flussspezifikationen für den Empfänger mitgegeben
werden.)
Ablauf bei Verwendung von RSVP:
Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz
• Weighted Fair Queueing
Verbinde Round Robin mit Priorisierungen der einzelnen Warteschlangen
• Round Robin
Taste alle Warteschlangen der Reihe nach ab und sende jeweils ein Paket aus
jeder nicht-leeren Warteschlange
Packet Scheduling
Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz
(c) Bei Multicast können bereits bestehende Reservierungen genutzt werden
(b) Aufbau eines zweiten Pfads, da beide Datenströme unabhängig sind
(a) Aufbau eines Pfads von Empfänger 3 zu Sender 1
RSVP bei Multicast
Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz
RSVP kann für Unicast und für Multicast verwendet werden
3.) Delay-sensitive: eine garantierte Verzögerung ist nötig
2.) Rate-sensitive: eine garantierte Übertragungsrate ist nötig
1.) Best Effort: mach es, so gut es geht
Seite 292
Seite 290
RSVP ist kein Routing-Protokoll, nur ein "Aufsatz" auf ein solches. Benötigt wird
eine Beschreibung der Anforderungen des Empfängers in Form eine
Flussspezifikation (Level des QoS). Kategorien sind
• Von der IEFT standardisiert als Resource reSerVation Protocol, RSVP
• Daher nötig: baue einen Pfad durch das Netz auf und reserviere festgelegte
Kapazitäten von Bandbreite, Bufferspeicher und CPU-Zeit.
• Problem mit all diesen Techniken: Pakete können unterschiedliche Wege nehmen
Resource Reservation
Seite 293
Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz
• Die Domäne definiert Dienstklassen,
in die jeder Datenfluss eingeordnet
wird. Bei Eintritt in die Domäne
(am Ingress-Router) wird jedes
Paket einer Klasse zugeordnet
und im Netz nur noch
entsprechend weitergeleitet.
Dadurch wird eine bessere
Skalierbarkeit als bei IntServ
erreicht.
Seite 295
• Teile das Netz in Domänen auf. Eine Domäne ist ein Teilbereich des gesamten
Netzwerks, welcher DiffServ unterstützt. Sie besteht aus Zugangsroutern zur
Domäne (Ingress-Router, gelb) und internen Routern (Core-Router, blau).
• Damit wird die Komplexität in die Router "am Rand" des Netzes verlagert, interne
Router können einfacher gehalten werden.
• Klassen-basierter Ansatz (Differentiated Services, DiffServ): verzichte auf
Garantien und verwalte nur aggregierte Datenströme
QoS im Internet: Differentiated
Services
Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz
• Somit ähnelt das Prinzip dem Aufsetzen einer Verbindungsorientierung auf IP
• Integrated Services (IntServ) baut auf RSVP zur Signalisierung von
Flussspezifikationen und Reservierungen auf und ermöglicht QoS für jeden
Datenfluss einzeln
• 1995-1997 standardisiert durch die IETF als Architektur zur Übertragung von
Multimedia-Strömen
QoS im Internet: Integrated
Services
Type of
Service
Header Checksum
Fragment Offset
Destination Address
Source Address
Protocol
DM
FF
Total Length
D T R
DSCP
Precedence
frei
frei
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Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz
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Für DiffServ sind momentan u.a. folgende Klassen (als Übertragungsverhalten)
definiert:
• Expedited Forwarding (einfachste Klasse)
• Assured Forwarding
Time to Live
Identification
Version IHL
• Nutzung des Type-of-Service-Felds bei IPv4 für die Klassifizierung (DSCP –
Differentiated Service CodePoint). Der DSCP-Eintrag definiert das per-HopVerhalten des Pakets von einem Router zum nächsten.
Anwendung von DiffServ
Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz
• Möglich: setze IntServ nur "am Rand" großer Netze ein, wo es wenig Datenflüsse
gibt
• Probleme:
• Skalierbarkeit: für jeden Datenfluss muss ein Router eigene
Flussspezifikationen überwachen
• Wie können Reservierungswünsche authorisiert und priorisiert werden?
• Die QoS-Klassen reichen nicht aus, um vernünftig zwischen verschiedenen
Datenstromarten zu unterscheiden.
• Klassen von QoS:
Guaranteed: Bandbreite, Verzögerung und Zuverlässigkeit werden
garantiert. Abweichungen kommen nicht vor.
Controlled Load: "schwache" Garantien, Abweichungen sind in Maßen
möglich. Prinzip: für Datenströme dieser Klasse erscheint das Netz als
"schwach ausgelastet"
Best Effort: so gut wie möglich, normaler Internet-Verkehr
Integrated Services
maxth2 minth1
Füllstand des Buffers eines Routers
maxth3
maxth1
s
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Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz
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Drei Verwurfswahrscheinlichkeiten in Abhängigkeit von der Auslastung des Routers
0
pmax1
pmax3
pmax2
1
p minth minth
3
2
Assured Forwarding
Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz
Idee bei Expedited Forwarding:
• es gibt "reguläre" und "eilige (expedited) Pakete. Eilige Pakete werden so
weitergeleitet, als gäbe es keinen oder wenig weiteren Verkehr. Für sie wird eine
minimale Übertragungsrate garantiert.
• Router können für diese beiden Gruppen getrennte Queues verwalten (Weighted
Fair Queueing).
Expedited Forwarding
Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz
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Seite 300
4. Weighted Fair
Queueing gemäß
Prioritätsklassen
3. "Shapen", d.h. In-Form-Bringen der Datenströme gemäß ihrer
Flussspezifikation. Überschreiten der Spezifikationen führt zu
Verwerfen von Daten. Falls danach immer noch zu viel Daten
anfallen, Verwerfen der Pakete gemäß ihrer Wahrscheinlichkeit
2. Entsprechende Wahl
des DSCP-Tags
1. Einordnung der Pakete
in Dienstklassen
Assured Forwarding
Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz
• Arbeitsweise:
Die Prioritätsklasse bestimmt den Anteil der Sendekapazität des Routers
Bei starker Belastung würden hierdurch Pakete niedrigerer Priorität ganz
verworfen
Fairness: jede Prioritätsklasse sollte Chancen haben, durchzukommen
Daher Definition der Wahrscheinlichkeiten für jede Klasse. Durch geeignete
Auswahl der Wahrscheinlichkeiten kann einem kleinen Teil der niedrigsten
Prioritätsstufe immer noch eine Weiterleitung möglich sein, während schon
Pakete höherer Prioritätsklassen verworfen werden.
• Damit: insgesamt 12 verschiedene Dienstklassen
• Für jede Klasse sind drei Wahrscheinlichkeiten für das Verwerfen eines Paketes
definiert: niedrig, mittel, hoch
• Bessere Differenzierung: Definition von 4 (momentan; es sind auch mehr Klassen
möglich) Prioritätsklassen mit eigenen Ressourcen
Assured Forwarding
Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz
Eigentliches Label
Dienstklasse
Zur Verwendung in
hierarchischen Netzen
• Das Label findet nirgendwo im IP-Header Platz, also setze es davor:
• Resultat: MultiProtocol Label Switching, MPLS
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Während die IETF an IntServ und DiffServ arbeitete, dachten auch Routerhersteller
weiter: versehe jedes Paket mit einem Label, auf dessen Basis das Routing
geschieht (anstatt aufgrund des Zielhosts).
Label Switching: MPLS
Kapitel 2: Protokolle und Dienste im Netz
Achtung: keiner der Ansätze zu QoS im Internet in weit verbreitet – momentan ist alles noch im
Experimentalstadium
• In hierarchischen Netzen kann ein Paket mit mehreren Labeln hintereinander
versehen sein. In diesem Fall ist das S-Bit gesetzt.
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• Unterschied zu verbindungsorientierten Netzen: es gibt keinen Verbindungsaufbau.
• Am Ende des Netzes kann das Label entfernt und die IP-Adresse als
Weginformation verwendet werden.
• Der Router kann wieder verschiedene Warteschlangen verwalten, die
Zugehörigkeit eines Pakets wird durch das QoS-Feld bestimmt.
• Ein Router entscheidet anhand des Labels, auf welche Ausgangsleitung ein Paket
gegeben wird. Gleichzeitig wird auch ein neues Label gesetzt, welches "den
nächsten Router instruiert".
• Das erste Paket eines Datenstroms bestimmt den Weg. Der Router speichert die
Label-Information des Pakets und schickt alle weiteren Pakete mit diesem Label
über die gleiche Leistung (logischer Kanal). Damit wird sozusagen eine
Verbindungsorientierung geschaffen.
Arbeitsweise:
MPLS