TCP/IP - Helmut Dispert
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Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
Internet Technology
Internet Technology:
Communication Systems
Networks, Internet
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
Internet Technology
Peter Steiner
The New Yorker, Vol.69 (LXIX) no. 20,
1993, page 61
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
Internet Technology
A short story of
Communication Systems
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
Basics of Communication Systems
Bandbreite
Bandbreite
200 MHz
nicht genutzte
Bandbreite
Kanal 3
Kanal 2
10 MHz
Kanal 1
Zeit
Basisbandtechnologie
Internet Applications, Helmut Dispert
Zeit
Breitbandtechnologie
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
Modulationsverfahren
Modulation/Demodulation
Amplitude, Frequenz, Phase
Amplituden-, Frequenz- und Phasenmodulation
Amplitudenmodulation
(AM; engl. ASK, amplitude shift keying)
Frequenzmodulation
(FM; engl. FSK, frequency shift keying)
Phasenmodulation
(PM; engl. PSK, phase shift keying)
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
Serial and parallel data transmission
Parallele Datenübertragung
Sender
0
1
1
0
0
1
0
1
Empfänger
Serielle Datenübertragung
Sender
01100101
Internet Applications, Helmut Dispert
Empfänger
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
Serial and parallel data transmission
Transmission Modes:
Simplex
Half-duplex
Full-duplex
Synchrone Datenübertragung
Asynchrone Datenübertragung
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
Serial and parallel data transmission
Übertragungsgeschwindigkeit:
Anzahl der pro Zeiteinheit übertragenen Bits;
Einheit:
Bit/s (Bits pro Sekunde),
bps (bits per second).
Schrittgeschwindigkeit:
Anzahl der Signalwechsel pro Zeiteinheit;
Einheit:
Baud, bd.
Übertragungssicherung:
Paritätssicherung:
Paritätsbit;
gerade/ungerade Parität (even/odd parity)
Zyklische Blocksicherung (cyclic redundancy check)
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
Asynchronous Communication
1 (mark)
0 (space)
Start
(1)
Parity
Stop
(1) (1,1.5,2)
Information Bits
(5-8)
Frame
Example:
1 (mark)
1
0 (space)
1
Start
(1)
Internet Applications, Helmut Dispert
0
1
0
Information Bits
(7)
0
1
Parity Stop
(1) (1)
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
Asynchronous Communication
RS-232C:
”Recommended Standard”
Established by the
Electronic Industries Association (EIA)
CCITT V.24
International version of RS-232
Established by the
Consultative Committee of the International Telegraph
and Telephone (CCITT)
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
Binary Encoding
1 (mark)
0 (space)
Binary Code (NRZ)
1 (mark)
0 (space)
Manchester Code
1 (mark)
0 (space)
Differential Manchester Code
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
RS-422
Lenght [ft]
10k
Balanced Interface
4k
1k
100
10
10k
100k
1M
10M
Data Modulation Rate [baud]
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
RS-423
Lenght [ft]
10k
Unbalanced Interface
4k
1k
100
10
100
1k
10k
100k
Data Modulation Rate [baud]
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
Lokale Netze
LAN - Local Area Network
LAN-Komponenten:
Server: File-Server, Application-Server
Client: Workstation (Arbeitsstation)
Verkabelungs- und Übertragungstechnik
Peripherie
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
Lokale Netze
LAN - Local Area Network
LAN-Technik:
Unterschiedliche Technologie:
z.B. Bus-, Ring-, Sternnetze
Verbindungsmedien:
Koaxialkabel, Verdrilltes Kupferkabel (twisted
pair), Lichtfaserkabel.
Verbindungssysteme:
Ethernet, Token Ring, ARCnet, FDDI
Transportprotokolle:
TCP/IP, IPX
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
Lokale Netze
PEER-to-PEER-Netz (P2P):
Keine Unterscheidung zwischen Server und
Client (alle Stationen sind gleichzeiting client
und server),
geeignet für kleinere Netzverbunde,
geringer Sicherheitsstandard.
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
File-Server / Client-Server
File-Server-Konzept:
Rechenleistung auf Arbeitsplatz,
Speicherung auf Server.
Client-Server-Konzept:
Rechenleistung im Netz verteilt,
Speicherleistung evtl. verteilt
Client als Benutzerschnittstelle.
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
Öffentliche Netze
WAN - Wide Area Network
Übertragung von Daten über weite
Entfernungen,
Verbindung autonomer Systeme (Rechner,
LANs),
Datenverarbeitung in LANs.
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
Wireless Connectivity
RAN < 100 km
802.22 (proposed)
18 – 24 Mbps
WAN < 15 km
802.20 (proposed)
GSM, GPRS, CDMA, 2.5G, 3G
10 kbps – 2.4 Mbps
MAN < 5 km
802.16 a/d/e – 70 Mbps
LMDS – 38 Mbps
LAN < 150m
11-108 M bps
802.11 a/b/e/g
HiperLAN/2
802.11n (proposed) > 100 Mbps
PAN < 10m
802.15.1 (Bluetooth) < 1 Mbps
802.15.3 > 20 Mbps
802.15.3 (UWB) < 480 Mbps
802.15.4 (ZigBee) < 250 kps
BAN
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
Transmission Media
Twisted copper pairs
Co-axial Cable
Optical Fiber
Wireless
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
Media and Bandwidth
Medium
Twisted Pair
Mode
analog
Technology Ref.
POTS
ADSL
digital
Co-axial Cable
analog
Optical Fiber
digital
Speed
56 kbps downstream
up to 33,6 kbps upstream.
1,5 to 8 Mbps downstream,
up to 1,544 Mbps upstream.
T1
T3
Voice
1,544 Mbps
45 Mbps (28 T1 lines)
64 kbps
ISDN
64/128 kbps
1,544 Mbps
Cable Modem
up to 100Mbps (theoretical)
up to 30 Mbps downstream,
up to 10 Mbps upstream.
up to 20 Gbps
OC-1
OC-3
OC-12
OC-24
OC-48
51,84 Mbps
155,52 Mbps
622,08 Mbps
1.244,19 Mbps
2.488,32 Mbps
Wireless
Microwave Radio
Broadcast Radio
Internet Applications, Helmut Dispert
230 kps (100 Mbps)
230 kps (10 Mbps)
10 Mbps
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
Network Structures
Masche
Ring
Internet Applications, Helmut Dispert
Baum
Stern
Bus
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
OSI Reference Model
1983:
ISO: International Standards Organisation
OSI: Open System Interconnection
Zielsetzung:
Offenes Kommunikationssystem
Schichtenmodell
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
OSI Reference Model
7
Application Layer
Anwendungsschicht
6
Presentation Layer
Darstellungsschicht
5
Session Layer
Sitzungsschicht
4
Transport Layer
Transportschicht
3
Network Layer
Netzschicht
2
Data Link Layer
Sicherungsschicht
1
Physical Layer
Bitübertragungsschicht
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
OSI Reference Model
Sublayers according to IEEE-802 Standard:
2
2
1
Logical Link Control
Sublayer
Medium Access Control
Sublayer
Physical Layer
Internet Applications, Helmut Dispert
LLC
MAC
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
OSI Reference Model
Menschen
Menschen
Telefon
Telefon
Vermittlung
Vermittlung
Kabel
Kommunikationsebenen
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
OSI Reference Model
virtuelle Verbindung
Menschen
virtuelle Verbindung
Telefon
virtuelle Verbindung
Vermittlung
Kabel
Kommunikationsebenen
Internet Applications, Helmut Dispert
Menschen
Telefon
Vermittlung
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
Protocols
Human Protocols
Hello
Hello
What's the time?
10:45
Internet Applications, Helmut Dispert
Computer Network Protocols
request
TCP connection
response
TCP connection
GET
http://www.fh-kiel.de/index.html
index.html
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
OSI Reference Model
Grundaufgaben der Ebenen:
Schnittstelle zur benachbarten Ebene,
Protokollinformation.
Jede Schicht:
realisiert spezifische Aufgaben,
stellt der darüberliegenden Schicht Dienste zur Verfügung,
nutzt selbst die Dienste der darunterliegenden Schicht.
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
OSI Reference Model
Innerer Aufbau der Schichten
Endsystem 1
Endsystem 2
Ebene N+1
A
B
Instanz der
Ebene N
horizontales Protokoll
A
Instanz der
Ebene N
A
B
B
Ebene N
Ebene N-1
A
B
A: vertikales Protokoll
B: Meldungen und Parameter (primitives)
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
Transportorientierte Schichten
Transportorientierte Schichten
Aufgabe:
Steuerung der transportorientierten Aspekte.
4
Transport Layer
Transportschicht
3
Network Layer
Netzschicht
2
Data Link Layer
Sicherungsschicht
1
Physical Layer
Bitübertragungsschicht
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
Transportorientierte Schichten
1. Physical Layer - Bitübertragungsschicht
Aufgaben:
Übertragung digitaler (unstrukturierter) Information über das
physikalische Medium.
•
•
•
Medien:
verdrillte Zweidrahtleitung
Koaxialkabel
Lichtwellenleiter (LWL, Glasfaserkabel)
Richtfunkstrecken / Satellitenfunkstrecken.
Physikalische Parameter:
Signalspannungen, Übertragungsrate.
Mechanische Parameter:
Steckverbindungen.
Übertragung ohne Absicherung der Daten (kein Protokoll),
diese Aufgabe muss von der nachfolgenden Schicht
übernommen werden.
Beispiele:
RS-232C (V 24), RS-422, RS-485, Ethernet
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
Transportorientierte Schichten
2. Data Link Layer - Sicherungsschicht
Aufgaben:
Absicherung der Datenübertragung.
•
•
•
Synchronisation,
Flusskontrolle, Zugriffsteuerung,
Fehlerbehandlung (Erkennung und Korrektur).
Adressierung von Netzwerkknoten.
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
2. Data Link Layer - Sicherungsschicht
Framing:
Die aus der Schicht 1 empfangenen Daten werden zu
Datenrahmen zusammengefasst (data frames).
Den Basisdaten (Nutzdaten) wird zusätzliche Steuerinformation
hinzugefügt (Protokollinformation, header),
Datenrahmen können eine fest vordefinierte Länge (8 bits, 1024
bits, etc.) oder aber in ihrer Länge variabel sein,
bei variablen Rahmengrößen wird der frame mit einer Start- und
Endemarke versehen (start- and ending delimiter).
Schicht 2
Header
Schicht 3
Daten
Schicht 2
Trailer
Feste Framegröße
Frame
Start
Schicht 2
Header
Schicht 3
Daten
Schicht 2
Trailer
Variable Framegröße
Internet Applications, Helmut Dispert
Frame
Ende
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
2. Data Link Layer - Sicherungsschicht
Fehlererkennung:
Einsatz einfacher Algorithmen zur Generierung von Prüfsummen
(Paritätsprüfung, CRC),
Sicherung der Nutzdaten und/oder der Protokollinformation.
Schicht 2
Header
Schicht 3
Daten
Schicht 2 Trailer
+ Prüfsumme
Frame mit Prüfsumme
Fehlerkorrektur :
Einsatz einfacher Verfahren:
• ARQ (automatic repeat request):
Bei Auftreten eines Fehlers wird der Frame erneut vom
Sender angefordert.
Übermittlung von Zusatzinformationen zur Fehlerkorrektur.
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
2. Data Link Layer - Sicherungsschicht
Empfangsbestätigung:
Empfang eines Frames wird positiv bestätigt,
negative Bestätigung oder timeout zur Sendewiederholung.
Flusskontrolle/Zugriffsteuerung:
Zwischenspeicherung von Frames,
Reihenfolge der Frames.
Adressierung:
Netzwerkknoten werden zur eindeutigen Identifizierung
physikalische Adressen zugewiesen
(MAC-Adressen, media access control):
Schicht 2 Header
Source
Destination
XXX
Schicht 3
Daten
Protokoll-Header der Sicherungsschicht
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
Fehlererkennung und Fehlerkorrektur
Fehlererkennung:
Paritätsfehler
Längsbit:
Alle Zeichen werden gruppenweise behandelt. Ein Paritätsbit wird nicht nur für
jedes Zeichen ermittelt, sondern auch für alle Zeichen an den gleichen
Bitpositionen.
Prüfsummenbildung (checksum*):
Alle Zeichen eines Blockes werden als Integerzahlen aufgefasst und
aufsummiert; die Summe wird als Prüfsumme mitgesendet, während der
Überlauf vernachlässigt wird. Der Empfänger wiederholt den Vorgang und
vergleicht die ermittelten Werte (vergl. Paritätsbit).
Zyklische Redundanzprüfung (CRC, cyclic redundancy check):
CRC setzt keine Zeichenstruktur voraus, sondern kann auch bei bitsynchroner
Übertragung eingesetzt werden. Der Rahmen (frame) wird als Dualzahl
interpretiert, die durch eine Prüfzahl (Prüfpolynom) dividiert wird. Der bei dieser
Division entstehende Divisionsrest wird zur Fehlererkennung herangezogen.
In der Praxis wird dem abzusichernden Bitstrom eine Prüfsumme (checksum)
hinzugefügt, so dass sich für den Divisionsrest der Wert "Null" ergibt.
* Der Begriff "checksum" wird auch bei anderen Verfahren verwendet.
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
Cyclic Redundancy Check (CRC)
M (x)
G (x )
R (x )
Then if:
k-bit number (the message to be transmitted)
(n+1)-bit number (the divisor or generator)
n-bit number such that k > n (the remainder)
M ( x) ⋅ 2n
R( x)
= Q( x) +
G ( x)
G ( x)
A B XOR
Assuming modulo-2 arithmetic (XOR):
M ( x) ⋅ 2n + R( x)
= Q( x)
G ( x)
0 0
0
0 1
1
1 0
1
1 1
0
XOR truth table
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
Cyclic Redundancy Check (CRC)
CRC-12
12-Bit-Prüfsumme
CRC-16
16-Bit-Prüfsumme
CRC- CCITT 16-Bit-Prüfsumme
3
11
1+ z + z + z + z
2
15
16
1+ z + z + z
5
12
16
1+ z + z + z
12
Normierte Polynome für die synchrone Datenübertragung
CRC-16 In binary form:
X 16 + X 15 + X 2 + X 0
1 1000 0000 0000 0101
X16 X15
Internet Applications, Helmut Dispert
X2 X0
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
Cyclic Redundancy Check (CRC)
Example:
XOR
M (x)
Message Frame
1101011011
G (x)
Generator
10011
Transmitted Message:
Internet Applications, Helmut Dispert
1 1 0
1 0 0
1 0
1 0
0
0
1
1
0
0
0
0
0
0
0
1
1
1
0
0
0
0
0
0
1 1 0 1 1 0 0 0 0
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
1
1
0
1
1
0
0
0
0
0
0
0
1
1
0
1
0
1
0
1
0
0
0
1
1
0
1
0
1
1 0
0 0
1 0
Remainder
1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 0
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
Fehlererkennung und Fehlerkorrektur
Fehlerkorrektur:
Vorwärtskorrektur :
Das Zeichen wird durch redundante Information ergänzt, so dass ein
Fehler nicht nur erkannt, sondern auch korrigiert werden kann. Sind
Mehrfachfehler möglich, muss diese Redundanz weiter erhöht werden.
Rückwärtskorrektur:
Die Rückwärtskorrektur erfordert eine bidirektional Verbindung (half
duplex oder full duplex).
•
Aktive Rückwärtskorrektur:
Bei fehlerhaftem Empfang fordert der Empfänger eine erneute
Übermittlung des Rahmens an.
•
Passive Rückwärtskorrektur:
Der Empfänger sendet bei fehlerfreiem Empfang eine Quittung
(Bestätigung) an den Sender. Wird nach einer vorgegebenen Zeit
dieses Quittungssignal nicht empfangen, liegt ein Fehler vor
(timeout). Die Information wird erneut übertragen.
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
Transportorientierte Schichten
3. Network Layer - Vermittlungsschicht
Aufgaben:
Austausch von Daten über mehrere Transitsysteme und
Teilnetze, Wegwahl (routing),
verantwortlich für Vermittlung, Aufbau, Erhalt und Abbau von
Verbindungen durch ein Netzwerk.
Datagramm:
Die Daten aus der Schicht 4 werden ebenfalls mit Protokollinformation
versehen. Das gesamte Datenpaket wird als Datagramm bezeichnet:
Schicht 3
Header
Schicht 4
Daten
Datagramm (Datenpaket)
Hauptaufgabe der Vermittlungsschicht ist der Transport von Datagrammen
durch unterschiedliche Netzstrukturen und die korrekte Zustellung an den
Empfänger.
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
3. Network Layer - Vermittlungsschicht
Netzzugangsprotokolle:
verbindungsorientierte Protokolle (Phasen:
Verbindungsaufbau, Datenübertragung und Verbindungsabbau)
verbindungslose Protokolle (Transfer einzelner Datenblöcke)
Das Protokoll der Schicht 3 stellt Funktionen
bereit, um über die logische Netzwerk- und
Knotenadresse die physikalische MACAdresse zu bestimmen:
Netz 1
Vermittler (Router)
Netz 2
Netz 3
Schicht 3 Header
Source
Destination
Netz Knoten
Netz Knoten
XXX
Header der Vermittlungsschicht
Beispiel:
X.25 (CCITT-Standard)
Internet Applications, Helmut Dispert
Schicht 4
Daten
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
Transportorientierte Schichten
4. Transport Layer - Transportschicht
Aufgaben:
Logisches Multiplexing (logische Verbindung),
Segmentierung der Datagramme,
Bereitstellen eines verbindungsorientierten Dienstes
(ständige Verbindung aus Benutzersicht),
Einhaltung der Sequenzreihenfolge (Fragmentierung,
Defragmentierung),
Unterstützung paralleler Prozesse.
Schicht 4
Header
Schicht 5
Daten
Datenpaket (Segment)
Schicht 4 Header
Verbindungs-Nr.
Sequenz-Nr.
XXX
Header der Transportschicht
Internet Applications, Helmut Dispert
Schicht 5
Daten
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
Anwendungsorientierte Schichten
Anwendungsorientierte Schichten
7
Application Layer
6
Presentation Layer Darstellungsschicht
5
Session Layer
Internet Applications, Helmut Dispert
Anwendungsschicht
Sitzungsschicht
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
Anwendungsorientierte Schichten
5. Session Layer - Sitzungsschicht (Kommunikationsschicht)
Aufgaben:
Aufbau des Kommunikationskontaktes,
Verbindungsaufbau,
Verbindungsabbau,
Wiederherstellung einer Verbindung (recovery),
Dialogsteuerung (simplex, half duplex, full duplex),
Passwortabfrage,
Festlegung der Prioritäten von Sitzungen, die Ressourcen teilen,
Synchronisation,
Schutz der Sitzung gegen Unbefugte.
Definitionen:
Protokolle:
Transaktionen:
Synchronisation:
Internet Applications, Helmut Dispert
Kommunikationssteuerungsprotokolle
Folge logisch zusammengehörender Aktionen,
Sichert Ausführung oder Abbruch von
Transaktionen
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
Anwendungsorientierte Schichten
6. Presentation Layer - Darstellungsschicht
Aufgaben:
Festlegung von Datenstrukturen,
Formatumwandlung (ASCII-EBCDIC), herstellerabhängige
Formate,
Datenumwandlung in maschineninterne Formate,
Datenkompression,
Datenverschlüsselung,
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
Anwendungsorientierte Schichten
7. Application Layer - Anwendungsschicht
Aufgaben:
Benutzerschnittstelle (Anwendung-Benutzer, Menüsystem,
Kommandozeile),
Schnittstellen für den Anwendungsentwickler (API,
application programming interface),
Filetransfer (FTP),
E-Mail-Übermittlung (SMTP),
Terminal Emulation (Telnet), virtuelles Terminal,
Remote Job Entry (RJE),
Remote Procedure Call (RPC),
verteilte Grafikanwendungen (X Window-System)
WWW-Browser.
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
OSI Reference Model
Schichtabhängige Bezeichnungen für die Datenpakete:
Schicht (Layer)
Bezeichnung
Anwendungsorientierte Schichten
Message
Transportschicht
Segment
Netzwerkschicht
Datagramm
Sicherungsschicht
Frame
Bitübertragungsschicht
(Bits)
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
OSI - Encapsulation (data wrapping)
Application Layer
AH
Data
PH AH
Data
SH PH AH
Data
TH SH PH AH
Data
Network Layer
NH TH SH PH AH
Data
Data Link Layer
DH NH TH SH PH AH
Data
Presentation Layer
Session Layer
Transport Layer
Physical Layer
Internet Applications, Helmut Dispert
Bits
DT
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
Repeater in the OSI-Model
7
6
5
4
3
2
1
Internet Applications, Helmut Dispert
1
7
6
5
4
3
2
1
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
Bridge in the OSI-Model
7
6
5
4
3
2
1
Internet Applications, Helmut Dispert
2
1
7
6
5
4
3
2
1
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
Bridge in the OSI-Model
Bridges connect networks that are using
the same technology. The bridge
computer maintains a list of all computer
addresses (address filter) in the
interconnected networks (e.g. networks
0 and 1).
The bridge computer itself has two
addresses, one for each network.
B
B
Server
Server
Central
Server
Example:
Backbone Network
using Ethernet
Internet Applications, Helmut Dispert
Address
Network
00005A001013
0
00005A001056
0
00005A067023
0
00001B001056
0
00005A056923
0
02608C600564
1
02608C558935
1
008048908756
1
008048555673
1
0000C0125468
1
Address Filter
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
Router in the OSI-Model
7
6
5
4
3
2
1
Internet Applications, Helmut Dispert
3
2
1
7
6
5
4
3
2
1
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
Hardware Levels of the Internet
Firmennetz
Campus
Ethernet
Router
Router
Router
Internet Applications, Helmut Dispert
Router
Router
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
Leitwegbestimmung (Routing)
S = Send
R = Receive
Rt = Router
Network 03
Rt
Network 01
Rt
Network 04
S
R
Network 02
Sample route
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
Leitwegbestimmung (Routing)
Router connect networks
that are using different
technologies
(e.g. connecting Ethernet
with Token Ring).
Internet Applications, Helmut Dispert
IP-Address
MAC-Address
(Physical Address)
149.222.51.10
080009001013
149.222.51.11
080009001044
149.222.51.12
00005A001065
149.222.51.13
00005A001013
149.222.51.14
AA001108C077
149.222.51.15
AA0011001013
149.222.51.16
080009001022
149.222.51.17
080009002345
149.222.51.18
006055033442
149.222.51.19
00000A001712
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
Gateway in the OSI-Model
7
6
5
4
3
2
1
7
6
5
4
3
2
1
Gateways (gateway computer) connect networks above layer 3.
Internet Applications, Helmut Dispert
7
6
5
4
3
2
1
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
Internet Architecture
Internet Architecture and Terminology
Network (netid)
Subnetwork (hostid)
Exterior Gateways
Interior Gateways
Subnet Router
Ref.:
Fred Halsall,
Data Communications, Computer Networks and Open Systems,
Addison-Wesley
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
Internet Architecture
Internet
Subnet
Router
Core Network
Autonomous
Systems
Interior Gateways
Internet Applications, Helmut Dispert
Exterior
Gateways
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
Informationsfluss im World Wide Web (WWW)
Link
Bit rate (Mbps)
Server
T1 (DS1)
T3 (28 T1 lines)
E1
OC-1
1,544
43,232
2,048
51,84
OC-24
1.244,19
OC-48
2.488,32
Internet Applications, Helmut Dispert
T1, E1 Link
Internet Backbone
Browser mit
56k oder ISDN Link
Browser mit typischer
Telefonanbindung
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
Protocol Suites
WWW
Domain
Name
Service
Trivial
File
Transfer
Telnet
HTTP
DNS
TFTP
RFC
854
RFC
2616
RFC
977
RFC
1350
Application
Layer
File
Transfer
Electronic
Mail
Terminal
Emulation
Presentation
Layer
FTP
SMTP
Session
Layer
RFC
959
RFC
821
Transport
Layer
Network
Layer
Transmission Control Protocol (TCP)
RFC 793
Adress Resolution
Protocol (ARP)
RFC 826
Internet Protocol (IP)
RFC 791
Application
Layer
User Datagram
Protocol (UDP)
RFC 768
Transport
Layer
Internet Control
Message Protocol
RFC 792
Network
Layer
Data Link
Layer
IEEE 802.X1, ARCNET, FDDI, SLIP2, PPP2
Physical
Layer
Twisted Pair, Coax, FO, Wireless
Link
Layer
1
802.3 Ethernet, 802.5 Token Ring, 802.11 WLAN (a,b,g)
2
Protocols for serial modem connections
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
Internet Protocol (4-Layer-Model)
Application
(http, ftp, telnet, ...)
Transport
(TCP, UDP, ...)
Network
(IP, ...)
Link
(device driver, ...)
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
TCP/IP Overview
7
6
5
Application
Process
Application
Process
4
TCP
UDP
3
ICMP
2
1
IP
ARP
Network Card
Driver
ARP –
RARP ICMP -
Internet Applications, Helmut Dispert
RARP
Address Resolution Protocol
Reverse Address Resolution Protocol
Internet Control Message Protocol
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
Protocol Suites
Process X
...
port N
TCP
Process Y
connections
...
IP
host A
Internet Applications, Helmut Dispert
reliable
TCP connection
sockets
IP addresses
unreliable
IP datagrams
...
port M
TCP
IP
host B
...
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
IP Datagram Version 4 (IPv4)
header
data
64 kByte
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
IP Datagram
bit # 0
3 4
Vers
7 8
LEN
15 16
Type of Service
Identification
20 bytes
18 19
TTL
31
Total Length
Flags
Protocol
Fragment Offset
Header Checksum
Source IP Address
Destination IP Address
Options
··· ···
Data
...
Internet Applications, Helmut Dispert
Padding
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
IP Datagram
VERS
The version of the IP protocol.
LEN
The length of the IP header counted in 32-bit quantities.
This does not include the data field.
Type of Service
The type of service is an indication of the quality of
service requested for this IP datagram.
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
IP Datagram - Type of Service
0
1
2
Precedence
3
4
5
TOS
6
7
MBZ
Type of Service
Precedence
A measure of the nature and priority of the datagram:
000
Routine
100
Flash override
001
Priority
101
Critical
010
Immediate
110
Internetwork control
011
Flash
111
Network control
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
IP Datagram - Type of Service
0
1
2
Precedence
3
4
5
TOS
6
7
MBZ
Type of Service
TOS Type of Service Value (RFC 1349)
A measure of the nature and priority of the datagram:
0000
Normal service
0001
Minimize monetary cost
0010
Maximize reliability
0100
Maximize throughput
1000
Minimize delay
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
IP Datagram - Type of Service
0
1
2
Precedence
3
4
5
TOS
6
7
MBZ
MBZ
Reserved for future use ("must be zero")
Internet Applications, Helmut Dispert
Type of Service
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
IP Datagram
Total Length
The total length of the datagram, header and data,
specified in bytes.
Identification
A unique number assigned by the sender to aid in
reassembling a fragmented datagram. Fragments of a
datagram will have the same identification number.
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
IP Datagram
Flags
Various control flags:
0
1
2
0
DF
MF
0 Reserved, must be zero
DF
Don't Fragment: 0 means allow fragmentation, 1 means
do not allow fragmentation
More Fragments: 0 means that this is the last fragment
MF of this datagram, 1 means that this is not the last
fragment.
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
IP Datagram
Fragment Offset
Used with fragmented datagrams, to aid in reassembly of
the full datagram. The value is the number of 64-bit pieces
(header bytes are not counted) that are contained in earlier
fragments. In the first (or only) fragment, this value is
always zero.
Time to Live
Specifies the time this datagram is allowed to travel. Each
router where this datagram passes subtracts one from this
field (hop-count metric rather than a time metric). When the
value reaches zero, the datagram is discarded.
The initial value should be set by the higher-level protocol
which creates the datagram.
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
IP Datagram
Protocol Number
Indicates the higher-level protocol to which IP should
deliver the data in this datagram. Examples:
0
Reserved
6
1
Internet Control Message
Protocol (ICMP)
8
2
Internet Group Management
Protocol (IGMP)
9
3
Gateway-to-Gateway Protocol
(GGP)
17
User Datagram (UDP)
4
IP (IP encapsulation)
89
Open Shortest Path First
5
Stream
Ref.:
STD 2 - Assigned Internet Numbers.
Internet Applications, Helmut Dispert
Transmission Control (TCP)
Exterior Gateway Protocol (EGP)
Private Interior Routing Protocol
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
IP Datagram
Header Checksum
Is a checksum on the header only. It does not include the
data. The checksum is calculated as the 16-bit one's
complement of the one's complement sum of all 16-bit
words in the header. For the purpose of this calculation, the
checksum field is assumed to be zero.
Source IP Address
The 32-bit IP address of the host sending this datagram.
Destination IP Address
The 32-bit IP address of the destination host for this
datagram.
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
IP-Addressing
Class A:
0
netid (7)
Class B:
1 0
Class C:
1 1 0
Class D:
1 1 1 0
Reserved
1 1 1 1
hostid (24)
netid (14)
hostid (16)
netid (21)
hostid (8)
multicast address
netid: Netzwerkadresse
hostid: Rechneradresse
(host identifier)
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
IP-Addressing / Subnets
1
Class A/B/C:
8/16/24
internetwide netid part
hostid
Internet routing part
local part
1
Class B:
32
1 0
Internet Applications, Helmut Dispert
16
netid
32
subnetid
hostid
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
IP-Addressing
IP-Address
Ranges
Class
Range
(first byte*)
A
1 - 127
B
128 - 191
C
192 - 223
D
224 - 239
E
240 - 254
* most significant byte
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
IP-Addressing
Subnet Masks, Reserved Addresses, Number of Hosts:
Class
A
Reserved
Addresses
255.000.000.000 XXX.000.000.000
XXX.255.255.255
Subnet Mask
# of Hosts
16,277,214
B
255.255.000.000 XXX.YYY.000.000
XXX.YYY.255.255
65,534
C
255.255.255.000 XXX.YYY.ZZZ.000
XXX.YYY.ZZZ.255
254
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
Special IP-Addresses
00000000000000000000000000000000 This host (localhost)
00
•••
00
A host on this
network
Host
11111111111111111111111111111111 Broadcast on the
local network
Network
1111
11111111
127
Internet Applications, Helmut Dispert
•••
anything
1111
Broadcast on a
distant network
Local loopback
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
Non-routable IP-Addresses
Strictly private addresses that cannot be accessed
through the Internet (non-routable):
Class
Range
# of network
addresses
A
10.0.0.0
to
10.255.255.255
1
B
172.16.0.0
to
172.31.255.255
32
C
192.168.0.0 to 192.168.255.255
256
Application: Private networks
Ref.:
RFC 1918
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
CIDR - Classless InterDomain Routing
Problems the Internet is faced with:
Running out of IP addresses,
Running out of capacity in the global routing tables.
Solution:
Restructuring IP address assignments to increase
efficiency,
Hierarchical routing aggregation to minimize route table
entries.
CIDR:
New addressing scheme for the Internet which allows for more
efficient allocation of IP addresses that the traditional Class A,
B, and C scheme.
Ref.: RFC 950, RFC 1517, RFC 1518, RFC 1519, RFC 1520
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
CIDR - Classless InterDomain Routing
Subnetting:
Creating additional network Ids at the expense of host Ids.
Modified Masking:
Converting host bits to network bits
natural mask for class B:
11111111111111110000000000000000
additional network bits
subnet mask:
11111111111111111110000000000000
n: # of mask bits
Notation: address/n
Internet Applications, Helmut Dispert
e.g. 149.222.51.00/19
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
Subnetting with CIDR
Subnetting a class C address:
Natural Mask: 255.255.255.000
Subnet Mask
CIDR
11111111.11111111.11111111.00000000
/24
0
254
11111111.11111111.11111111.11000000
/26
2
62
11111111.11111111.11111111.11100000
/27
6
30
11111111.11111111.11111111.11110000
/28
16
14
11111111.11111111.11111111.11111000
/29
30
6
11111111.11111111.11111111.11111100
/30
62
2
Not allowed: /25 and /31
Class A subnetting begins at /10,
Class B subnetting begins at /18,
All subnetting ends at /30.
Internet Applications, Helmut Dispert
# Subnets
# Hosts
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
Adressraum IPv4
Informationsbreite:
IP-Adressen:
32 bit
232 = 4.294.967.296
"dotted quad" Repräsentation.
z.B.:
149.222.5.11
Netzwerkanteil:
z.B.:
Hostanteil:
Internet Applications, Helmut Dispert
1, 2 oder 3 Bytes
149.222
5.11
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
TCP Segment Format
bit # 0
15 16
Source Port
31
Destination Port
20 bytes
Sequence Number
Acknowledgement Number
Data
Offset
Reserved
U
R
G
A
C
K
P
S
H
R
S
T
S
Y
N
F
I
N
Window
Checksum
Options
Urgent Pointer
··· ···
Data
...
Internet Applications, Helmut Dispert
Padding
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
TCP Segment Format
Source Port
The 16-bit source port number, used by the receiver to
reply.
Destination Port
The 16-bit destination port number.
Sequence Number
The sequence number of the first data byte in this
segment. If the SYN control bit is set, the sequence
number is the initial sequence number (n) and the first
data byte is n+1.
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
TCP Segment Format
Acknowledgment Number
If the ACK control bit is set, this field contains the value
of the next sequence number that the receiver is
expecting to receive.
Data Offset
The number of 32-bit words in the TCP header. It
indicates where the data begins.
Reserved
Six bits reserved for future use; must be zero.
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
TCP Segment Format
URG
Indicates that the urgent pointer field is significant in this
segment.
ACK
Indicates that the acknowledgment field is significant in this
segment.
PSH
Push function.
RST
Resets the connection.
SYN
Synchronizes the sequence numbers.
FIN
No more data from sender.
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
TCP Segment Format
Window
Used in ACK segments. It specifies the number of data
bytes beginning with the one indicated in the
acknowledgment number field which the receiver (= the
sender of this segment) is willing to accept.
Checksum
The 16-bit one's complement of the one's complement sum
of all 16-bit words in a pseudo-header, the TCP header and
the TCP data. While computing the checksum, the
checksum field itself is considered zero.
Urgent Pointer
Points to the first data octet following the urgent data. Only
significant when the URG control bit is set.
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
UDP - User Datagram Protocol
UDP as a port-based demultiplexer:
Process 1
Process 2
•••
Process n
Port x
Port y
•••
Port z
UDP: port multiplexing
IP
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
UDP - User Datagram Protocol
8 bytes
bit # 0
15 16
31
Source Port
Destination Port
Message Length
Checksum
Data
...
Pseudo-IP Header
(effectively extends the checksum to include the original IP datagram)
Source IP Address
Destination IP Address
Zero
Ref.: RFC 768
Internet Applications, Helmut Dispert
Protocol
UDP Length
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
UDP - User Datagram Protocol
Source Port
Indicates the port of the sending process. It is the port to
which replies should be addressed.
Destination Port
Specifies the port of the destination process on the
destination host.
Length
Is the length (in bytes) of this user datagram including the
header.
Checksum
Is an optional 16-bit one's complement of the one's
complement sum of a pseudo-IP header, the UDP header
and the UDP data. The pseudo-IP header contains the
source and destination IP addresses, the protocol and the
UDP length
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
UDP - User Datagram Protocol
Standard applications using UDP:
Trivial File Transfer Protocol (TFTP)
Domain Name System (DNS) name server
Remote Procedure Call (RPC), used by the Network File
System (NFS)
Network Computing System (NCS)
Simple Network Management Protocol (SNMP)
Important:
UDP and IP do not provide guaranteed delivery, flow-control or
error recovery.
These must be provided by the application.
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
Port Number Assignments
UDP and TCP use port numbers, whose assignments are
maintained by the Internet Assigned Numbers Authority
(IANA)
Range
0 -
1023
1024 - 49151
49152 - 65535
Port Type
well-known ports
registered ports
private or dynamic ports
Ref.: http://www.iana.org/assignments/port-numbers
Service names and port numbers are used to distinguish between different services that run
over transport protocols such as TCP, UDP, DCCP, and SCTP.
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
Ports
app
app
app
app
port
port
port
port
TCP/UDP
port #
Internet Applications, Helmut Dispert
data
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
Ports
http
ftp
telnet
echo
80
21
23
7
TCP/UDP
port #
Internet Applications, Helmut Dispert
data
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
Well-known Ports
Dec. Port
7
Keyword
Description
echo
Echo
21
ftp
File Transfer [Control]
23
telnet
Telnet
25
smtp
Simple Mail Transfer
37
time
Time
69
tftp
Trivial File Transfer
80
http
World Wide Web HTTP
88
kerberos
Kerberos
pop3
Post Office Protocol - Version 3
110
Ref.:
http://www.iana.org/assignments/port-numbers
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
Well-known Ports
Dec. Port
Keyword
Description
113
auth
Authentication Service
143
imap
Internet Message Access Protocol
443
https
http protocol over TLS/SSL
750
kerberos-iv
kerberos version iv
990
ftps
ftp protocol, control, over TLS/SSL
992
telnets
telnet protocol over TLS/SSL
993
imaps
imap4 protocol over TLS/SSL
995
pop3s
pop3 protocol over TLS/SSL (was
spop3)
Ref.:
http://www.iana.org/assignments/port-numbers
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
TELNET Client/Server Interaction
Terminal User
Client Host
User
AP
Server Host
Interactive
Program/Process
Operating System
Operating System
Client
TELNET
Server
TELNET
TCP/IP
TCP/IP
Nachrichten im NVT-Format
Standard format for TELNET protocol communication:
NVT - Network Virtual Terminal
Server TELNET:
pseudo terminal
TELNET protocols:
Präsentationsschicht im OSI
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
FTP (file transfer protocol)
Terminal Users
Terminal User
Server
User
AP
File
Server
Operating System
Operating System
Operating System
Client
FTP
Client
FTP
Server
FTP
TCP/IP
TCP/IP
TCP/IP
Nachrichten im NVT-Format
Standard format for FTP protocol communication:
NVT - Network Virtual Terminal
File Structure:
unstructured, structured, random access.
Data Types:
8-bit binary, ASCII, EBCDIC, variable length binary.
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
SMTP (simple mail transfer protocol)
Terminal Users
Terminal Users
Terminal Users
Operating System
Operating System
Operating System
Local Mail System
Local Mail System
Local Mail System
Client
SMTP
Server
SMTP
TCP/IP
Client
SMTP
Server
SMTP
TCP/IP
Internetwork
Internet Applications, Helmut Dispert
Client
SMTP
Server
SMTP
TCP/IP
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
Sockets
Sockets
A socket is a special type of file handle which is used by a
process to request network services from the operating
system.
A socket address is the triple:
•
{protocol, local-address, local-process}
In the TCP/IP suite, for example:
• {tcp, 149.222.51.80, 12345}
netid, hostid
Internet Applications, Helmut Dispert
portid
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
Conversation / Association
Conversation
A conversation is the communication link between two
processes.
Association
An association is the 5-tuple that completely specifies the
two processes that comprise a connection:
•
{protocol, local-address, local-process, foreign-address, foreignprocess}
In the TCP/IP suite, for example:
• {tcp, 149.222.51.80, 1500, 149.222.51.83, 21}
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
Half-Association
Half-association
A half-association is either:
• {protocol, local-address, local-process}
or
• {protocol, foreign-address, foreign-process}
which specify each half of a connection.
The half-association is also called a socket or a transport address.
That is, a socket is an end point for communication that can be
named and addressed in a network.
The socket interface is one of several application programming interfaces
(APIs) to the communication protocols. Designed to be a generic
communication programming interface, it was first introduced by the 4.2BSD
UNIX system. Although it has not been standardized, it has become a de facto
industry standard.
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
Adressierung im Netzwerk
ISO/OSI-Schicht
Funktion
Adresse
7
Application Layer
Netzwerkprogramm
Hostname
6
Presentation Layer
Dateninterpretation
Hostname,
Knotenname
5
Session Layer
Verbindungssteuerung
Socketadresse
4
Transport Layer
Datentransfer
Portadresse
3
Network Layer
von Station zu Station
Internet-Adresse
2
Data Link Layer
Festlegung des
Datentransportweges
Link-LevelAdresse
1
Physical Layer
Datenvorbereitung und
Fehlerkorrektur
kein
Adressierschema
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
Adressbezeichnungen
Link-LevelAdresse:
Adresse der LAN-Schnittstellenkarte.
Auch bezeichnet als:
Ethernet-Adresse, LAN-Adresse, IEEE-802.3-Adresse,
Hardware-Adresse oder Stationsadresse.
Internet-Adresse:
Netzwerkadresse eines Knotens.
Auch bezeichnet als:
IP-Adresse.
Portadresse:
Adresse innerhalb eines Hosts, wird einem bestimmnten
Dienstprogramm zugeordnet:
Auch bezeichnet als:
TCP-Anschlussnummer, UDP-Anschlussnummer, Port.
Socketadresse:
Adresse in Prozessen, die durch InterprozessKommunikationsprogramme bestimmt werden
(Verbindung von IP-Adresse und Portadresse).
Hostname:
Symbolischer Name, einer IP-Adresse zugeordnet.
Auch bezeichnet als:
ARPA-Hostname, NFS-Hostname.
Knotenname:
Symbolischer Name zur Definition eines Knotens.
Syntax:
Knoten.Domäne.Organisation
Nicht zu verwechseln mit: FQDN (ARPA-Domänenname)
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
Request for Comment - RFC
RFCs and the RFC Editor
The Requests for Comments (RFCs) form a series of notes, started in 1969,
about the Internet (originally the ARPANET). The notes discuss many
aspects of computer communication, focusing on networking protocols,
procedures, programs, and concepts but also including meeting notes,
opinion, and sometimes humor.
The RFC Editor is the publisher of the RFCs and is responsible for the final
editorial review of the documents. The RFC Editor also maintains a master
file of RFCs called the "RFC index", which can be searched online here. It
can also be retrieved as a file via FTP (but note that it is 400KB).
The specification documents of the Internet protocol suite, as defined by
the Internet Engineering Task Force (IETF) and its steering group the IESG,
are published as RFCs. Thus, the RFC publication process plays in
important role in the Internet standards process
Suggestions about RFC publication, or submission of material to be
considered for publication as an RFC should be sent via EMail to
[email protected]
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
Jon Postel
Dr. Jonathan B. Postel (1943 - 1998):
Created the RFC (Editor)
ARPANET and Internet Assigned Numbers Authority (IANA)
Founding member of the Internet Architecture Board (IAB)
First individual member of the Internet Society (Trustee)
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
Request for Comment - RFC
RFC
Authors
Title
Year
768
J. Postel
User Datagram Protocol (UDP)
1980
791
J. Postel
Internet Protocol (IP)
1981
792
J. Postel
Internet Control Message Protocol (ICMP)
1981
793
J. Postel
Transmission Control Protocol (TCP)
1981
821
J. Postel
Simple Mail Transfer Protocol (SMTP)
1982
826
D.C. Plummer
Ethernet Address Resolution Protocol (ARP)
1982
827
E.C. Rosen
BBN Exterior Gateway Protocol (EGP)
1982
854
J. Postel , J.K. Reynolds
Telnet Protocol Specification (TELNET)
1983
903
Finlayson, et al.
A Reverse Address Resolution Protocol (RARP)
1984
950
J. Mogul, J. Postel
Internet Standard Subnetting Procedure
1985
959
J. Postel, J.K. Reynolds
File Transfer Protocol (FTP)
1985
1055
J. Romkey
Nonstandard for Transmission of IP Datagrams over
Serial Lines: SLIP
1988
1518
Y. Rekhter, T. Li
An Architecture for IP Address Allocation with CIDR
1993
1661
W. Simpson
The Point-to-Point-Protocol (PPP)
1994
1918
Y. Rekhter, B. Moskowitz
Address Allocation for Private Internets
1996
Ref.:
http://rfc-editor.org/
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
Request for Comment - RFC
Important RFCs:
RFC
Authors
Title
Year
791
J. Postel
Internet Protocol (IP)
1981
793
J. Postel
Transmission Control Protocol (TCP)
1981
RFC 791
RFC 793
Reader
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
Request for Comment - RFC
Important RFC !!!:
RFC
Authors
3091 H. Kennedy
Title
Pi Digit Generation Protocol
Date
1 April 2001
RFC
more
Thomas A. Limoncelli, Peter H. Salus:
The Complete April Fools' Day RFCs
ISBN-13: 978-1573980425
19,40 EUR
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
Fragmentation and Defragmentation
PDU - Protocol data unit
PDUs are relevant in relation to each of the first 4 layers of the OSI
model as follows:
- The Layer 1 (Physical Layer):
PDU is the bit
- The Layer 2 (Data Link Layer):
PDU is the frame
- The Layer 3 (Network Layer):
PDU is the packet
- The Layer 4 (Transport Layer): PDU is the segment
(e.g. TCP segment)
- Layer 5 and above are referred to as data.
Fragmentation and Reassembly
NSDU: Network service data unit (network layer)
64k (65.536 octets, bytes)
MTU: Maximum Transmission Unit
Maximum packet size of a single data unit (e.g., a frame):
min: 128 bytes, max: 8000 bytes (Ethernet: 1.500 bytes)
Internet Applications, Helmut Dispert
Application Layer
Transport Layer
Network Layer
Link Layer
Physical Layer
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
Fragmentation and Defragmentation
Fragmentation of IP Datagrams
TCP/IP
Defragmentation of IP Datagrams
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
IPv6
1992:
IETF (Internet Engineering Task Force)
Informationsbreite:
IP-Adressen:
128 bit
2128
3,4*1038
340.282.366.920.938.463.463.374.607.431.768.211.456
Hexadezimale Schreibweise: 8 Worte
z.B.:
1080:BA98:7654:3210:FEDC:0800:200C:417A
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
IPv6
Pro Quadratmeter Erdoberfläche:
∼ 6,6*1023 Adressen
Mit Hierarchie:
1.564 ≤ n ≤ 3,9*1018
IPv6-Adressraum = IPv4-Adressraum * 7,9*1028
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
Zukunftsvisionen
Zukunftsvision intelligente Umwelt:
Allgegenwärtige Computer assistieren im Haushalt
Zukunftsvision vernetzte Alltagsgegenstände:
Mikrocomputer in Kühlschrank, Schuh und Auto tauschen Daten aus - zur vermeintlichen
Erleichterung des Lebens.
Ref.: Spiegel
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
Zukunftsvisionen
Zukunftsvision vernetzte
Alltagsgegenstände:
Mikrocomputer in
Kühlschrank, Schuh und
Auto tauschen Daten aus zur vermeintlichen
Erleichterung des Lebens.
Ref.: Spiegel
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
IPv6
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
Integration of IPv6
Application
Telnet
FTP
WWW
NFS
Transport
TCP
UDP
Network
IPv4
IPv6
Link
802.3
Internet Applications, Helmut Dispert
802.5
802.11
PPP
SNMP
ATM
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
Domänenhierarchie und FQDN
Root-Domäne
com edu gov net
fh-flensburg
de
fh-kiel
uk
es
fh-luebeck
www
Fully Qualified Domain Name
FQDN
www.fh-kiel.de
Internet Applications, Helmut Dispert
pt fr
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
Top-Level Domänen (TLDs)
Top Level Domains (TLDs)
Top-Level-Domains.lassen sich in zwei Kategorien
unterteilen. Zum einen gibt es die sogenannten
"generic Top-Level-Domains" (gTLD).
Dies sind weltweit verbreitete und bekannte Endungen
wie etwa .com, .org. oder .net.
Daneben vergibt jedes Land eigene nationale Endungen,
zum Beispiel .de, .fr, .uk, die sich
"country code Top-Level-Domains" (ccTLD)
nennen.
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
Top-Level Domänen (TLDs)
gTLD
new
gTLD
.com, .net, .org
.aero, .biz, .coop, .info,
.museum, .name, .pro
special
gTLD
.edu, .int, .mil, .gov
ccTLD
.de, .pt, .br, ...
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
Top-Level Domänen (TLDs)
Example:
.museum
.coop
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
Top-Level Domänen (TLDs)
Internet Corporation for Assigned Names and Numbers -
ICANN:
ICANN ist die höchste Instanz bei der Vergabe der gTLDs. Die Organisation
hat diese Aufgabe seit ihrer Gründung im Jahr 1998 inne.
Zuvor hatte das Unternehmen Network Solutions Inc. (NSI) die DomainNamen im Auftrag der US-Regierung vergeben. Dabei nahm NSI faktisch
eine Monopolstellung ein. Seit der Übernahme von ICANN sind jedoch
marktwirtschaftlich orientierte Bedingungen eingeführt worden.
ICANN erteilt die Lizenz, gTDLs zu vergeben, an eine Gruppe eigens dafür
akkreditierter Unternehmen, die sich "Registrars" nennen und zueinander in
Konkurrenz stehen.
continued
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
Top-Level Domänen (TLDs)
Zur Zeit umschließt der Kreis dieser "Registrars" weltweit über 500
akkreditierte Unternehmen, bei denen jedermann die Zuteilung eines
Domain-Namens beantragen kann.
Die Vergabe von ccTLDs läuft dagegen seit eh und je auf nationaler Ebene
ab. International koordiniert wird sie unter dem Dach der "International
Standards Organization" (ISO), bei der alle nationalen Kürzel registriert
sind. In Deutschland ist die DENIC eG die zuständige Stelle. Sie ist eine
eingetragene Genossenschaft von Internet Service Providern, kurz ISPs, die
ihren Kunden lokale Zugänge zum Internet zur Verfügung stellen.
DENIC betreibt die zentrale Datenbank für die TLD .de und vergibt
bundesweit zentral Domain-Namen unterhalb dieser Endung.
ICANN-Accredited Registrars
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
Top-Level Domänen (TLDs)
Domäne
Verwendung
com
Kommerzielle Organisationen (z.B. Firmen)
edu
Ausbildungseinrichtungen (Universitäten, etc.)
gov
Staatliche Einrichtungen (nicht-militärisch)
mil
Militärische Einrichtungen
org
Andere Organisationen
net
Netzwerk-Ressourcen
de
Deutschland
fr
Frankreich
us
U.S.A.
to
Tonga
tv
Tuvalu
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Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
"Internet Besitzverhältnisse"
Internet Society
Board of Trustees
Federal Networking
Council (FNC)
International Architecture
Board (IAB)
Internet Assigned
Numbers Authority
(IANA)
Internet Engineering
Task Force (IETF)
Internet Research
Task Force (IRTF)
Asian Pacific
NIC (APNIC)
Reseau IP
Européen (RIPE)
ICANN
InterNIC
Internet
Ad Hoc Comm.
Cooperation
DeNIC
World Wide Web
Consortium
ICANN:
Internet Corporation for Assigned Names and Numbers (since 1998)
NIC:
Network Information Center
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
Internet-Organisationen
Internet Society (ISOC)
Die Dachorganisation des Internet. Die Mitglieder treffen
sich einmal jährlich zur Jahreskonferenz. Zahlreiche
Gremien arbeiten der ISOC zu. Zur Klärung technischer
Fragen richtet sie verschiedene Task Forces ein.
Board of Trustees
Wichtigstes Entscheidungsgremium der Internet
Society, bestehend aus 15 Mitgliedern.
Internet Architecture Board (IAB)
Die oberste "Expertenrunde" des Internet. Hier fallen die
Entscheidungen über wichtige Internet-Standards, die in
den Task Forces vorbereitet werden.
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
Internet-Organisationen
Internet Engineering Task Force (IETF)
Die ITEF entwickelt Internet-Standards. Besteht aus
diversen Arbeitsgruppen zu Anwendungen,
Management, Routing.
Internet Research Task Force (IRTF)
Zuständig für die zukünftige technologische
Entwicklung des Internet (Internet-Standards).
World-Wide Web Consortium
Zuständig für Standards und Weiterentwicklung im
World-Wide Web. Vorsitzender ist Tim Berbers-Lee.
Federal Networking Council (FNC)
Zuständig für die Vergabe von Domains für
Regierungsorganisationen, Erziehung oder Militär
(Internet-Adressen mit der Endung "gov", "mil" und
"edu").
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
Internet-Organisationen
Internet Assigned Numbers Authority (IANA)
Die oberste für die Namensvergabe im Internet
zuständige Organisation. Sie wird beauftragt von der
ISOC und dem FNC. Die IANA weist ihren
Unterorganisationen Namensräume zu (z.B. "de"), die
diese eigenverantwortlich verwalten.
Asian Pacific Network Information Center (APNIC)
Verantwortlich für die Vergabe von Internet-Adressen
(Domain-Names) im asiatischen Raum.
Reseau IP (Européen (RIPE)
Verantwortlich für Internet-Adressen in Europa und den
angrenzenden Regionen (unter anderem InternetAdressen mit der Endung "de", "at" oder "fr").
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
Internet-Organisationen
InterNIC
Verantwortlich für die nicht ländergebundenen Domains
wie "com", "net", "org".
Denic
Nationale Organisation in Deutschland. Zuständig für die
Vergabe der deutschen "de"-Domains. Wird beauftragt
von RIPE.
Internet Ad Hoc Committee
Erarbeitet derzeit Reformvorschläge zur Neuordnung der
internationalen Top-Level Domains.
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
Internet-Organisationen Netzadressen
http://www.isoc.org
http://www.iana.org
http://www.ietf.org
http://www.iab.org
http://www.ripe.net
http://rs.internic.net
http://www.apnic.net
http://www.denic.de
http://www.iahc.org
http://www.gtld-mou.org
http://www.w3.org/pub/WWW/Consortium/Prospectus/FAQ.html
http://www.w3.org/pub/WWW/Press/Backgrounder.html
http://www.digi.de
http://www.rfc-editor.org
(RFCs)
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
ICANN
ICANN's mission:
The mission of The Internet Corporation for Assigned Names
and Numbers ("ICANN") is to coordinate, at the overall level,
the global Internet's systems of unique identifiers, and in
particular to ensure the stable and secure operation of the
Internet's unique identifier systems.
In particular, ICANN:
1. Coordinates the allocation and assignment of the three
sets of unique identifiers for the Internet, which are
a. Domain names (forming a system referred to as
"DNS");
b. Internet protocol ("IP") addresses and
autonomous system ("AS") numbers; and
c. Protocol port and parameter numbers.
2. Coordinates the operation and evolution of the DNS
root name server system.
3. Coordinates policy development reasonably and
appropriately related to these technical functions.
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
World Wide Web Consortium (W3C)
About the World Wide Web Consortium (W3C)
The World Wide Web Consortium was created in October 1994 to lead the
World Wide Web to its full potential by developing common protocols that
promote its evolution and ensure its interoperability. W3C has more than
400 Member organizations from around the world and has earned
international recognition for its contributions to the growth of the Web.
Background
In October 1994, Tim Berners-Lee, inventor of the Web, founded the World
Wide Web Consortium (W3C) at the Massachusetts Institute of Technology,
Laboratory for Computer Science [MIT/LCS] in collaboration with CERN,
where the Web originated, with support from DARPA and the European
Commission. For further information on the joint initiative and the
contributions of CERN, INRIA, and MIT, please see the statement on the
joint World Wide Web Initiative.
continued
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
World Wide Web Consortium (W3C)
In April 1995, the INRIA (Institut National de Recherche en Informatique et
Automatique) became the first European W3C host, followed by Keio
University of Japan (Shonan Fujisawa Campus) in Asia in 1996. W3C
continues to pursue an international audience through its Offices
worldwide.
W3C Mission
By promoting interoperability and encouraging an open forum for
discussion, W3C commits to leading the technical evolution of the Web. In
just over five years, W3C has developed more than 20 technical
specifications for the Web's infrastructure. However, the Web is still young
and there is still a lot of work to do, especially as computers,
telecommunications, and multimedia technologies converge. To meet the
growing expectations of users and the increasing power of machines, W3C
is already laying the foundations for the next generation of the Web. W3C's
technologies will help make the Web a robust, scalable, and adaptive
infrastructure for a world of information. To understand how W3C pursues
this mission, it is useful to understand the Consortium's goals and driving
principles.
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
W3C's Goals
W3C's long term goals for the Web are:
1.
Universal Access:
To make the Web accessible to all by promoting
technologies that take into account the vast differences in
culture, education, ability, material resources, and physical
limitations of users on all continents;
2.
Semantic Web :
To develop a software environment that permits each user to
make the best use of the resources available on the Web;
3.
Web of Trust :
To guide the Web's development with careful consideration
for the novel legal, commercial, and social issues raised by
this technology.
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
Video
Video:
Warriors of the Net
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
B-WiN Einzel- und Hauptanschlüsse
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
Internet Technology
DNS:
Internet Domain Name System
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
Internet Domain Name System Root Servers
DNS Root
Located in Virginia, USA
Ref.: http://inst.eecs.berkeley.edu
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
Internet Domain Name System Root Servers
DNS Root Servers
13 root servers (see http://www.root-servers.org/)
(labeled A through M)
Ref.: http://inst.eecs.berkeley.edu
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
Internet Domain Name System Root Servers
Root Servers in the World:
Google
Ref.: http://inst.eecs.berkeley.edu
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
Internet Domain Name System Root Servers
The root servers - which currently provide an exclusive enforcement mechanism of the
decisions of the Root authority and designated A.ROOT-SERVERS.NET through MROOT-SERVERS.NET – are maintained predominantly under the auspices of the US
government and updated daily by a designated contractor.
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
Topologie des vBNS-Backbone in den USA
Copyright: DFN und vBSN (2000)
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
vBNS-Backbone in den USA
Das vBNS (very high performance Backbone Network Service) wird
größtenteils durch die National Science Foundation finanziert und seit
1995 von der Firma MCI betrieben. Zu diesem Zeitpunkt wurden zunächst
die vier US-Supercomputerzentren miteinander vernetzt. Nach und nach
kamen dann solche US-Einrichtungen hinzu, die konkrete
Anwendungsprojekte im Hochgeschwindigkeitsbereich nachweisen
konnten. Durch eine organisatorisch erforderliche strikte Acceptable Use
Policy (AUP) sind mit Stand Oktober 1998 "nur" 74 Einrichtungen an das
Netz angeschlossen, die durchschnittliche Auslastung des vBNS in der
Hauptverkehrsstunde beträgt weniger als 10%. Die Übertragungskapazität
im Backbone beträgt zur Zeit maximal 622 Mbit/s und soll ab Frühjahr 1999
auf 2,5 Gbit/s umgestellt werden. Um eine Anbindung an andere nationale
und internationale Wissenschaftsnetze zu ermöglichen, wurde in Chicago
als zentraler Übergangspunkt STARTAP (Science, Technology And
Research Transit Access Point) eingerichtet. STARTAP wird bisher erst
von wenigen Netzen, z.B. aus Kanada und Singapur, genutzt, und es ist
unklar, ob sich diese Anzahl in Zukunft u.a. aufgrund der zusätzlichen
Zuleitungskosten und der AUP stark erweitern wird.
Internet Applications, Helmut Dispert
Fachbereich Informatik und Elektrotechnik
The New Yorker
Internet Applications, Helmut Dispert
