2017S CN06 IP und ICMP

Rechnernetze
Sommer2017
RECHNERNETZE
• Referenzmodell !
• Realisierung
(Verteilte) Anwendungen
7. Application Layer
6. Presentation Layer
5. Session Layer
4. Transport Layer
– Ebene 1-3: Hardware
(Firmware)
3. Network Layer
• Netzwerk-Controller
1. Physical Layer
– Ebene 4-7: Software
(c)PeterSturm,UniversitätTrier
2. Link Layer
Kommunikationsnetzwerk
Netzwerkorientierung
• OSI-Modell =
Reference Model for
Open Systems
Interconnection
Anwendungsorientierung
ISO-Referenzmodell
1
Rechnernetze
Sommer2017
Rechnernetze
6. IP und ICMP
Rekursiver Aufbau
• Vernetzung von Netzen über dedizierte Leitungen
• Router oder Gateway
–
–
–
–
Vermitteln von Nachrichten
2 Netzanschlüsse (Multi-homed host)
Schutzfunktionen
Beste Wege
Netz 1
• Probleme
– Adressierung
– Routing
– Maximale Nachrichtengröße
Gateway
• Bekannter Vertreter
– Internet
Netz 2
(c)PeterSturm,UniversitätTrier
2
Rechnernetze
Sommer2017
Routing
im Internetzwerk
• Zwei Aspekte
– Innerhalb eines Netzes
– Zwischen Netzen
• Ziel
– Nachricht findet Weg zum Ziel
– Bei mehreren Alternativen?
• Metriken
–
–
–
–
–
Latenz
Übertragungsbandbreite
Hops
Kosten
…
All Pairs Shortest Paths
• Floyd-Warshall-Algorithmus
– O(n3)
• Skizze
(c)PeterSturm,UniversitätTrier
3
Rechnernetze
Sommer2017
IP
Einordnung in OSI-Modell
Internet-Protokolle:
SFTP, SSH, SMTP, DNS, NTP, HTTP, ...
RPC-Protokolle
Ebene 4-7
PVM, MPI, Corba, ...
UDP
Ebene 3
Ebene 1-2
(c)PeterSturm,UniversitätTrier
TCP
IP / ICMP / ARP / RARP / (Routingprotokolle)
IEEE 802.X
X.25
4
Rechnernetze
Sommer2017
IP-Adressen (IPv4)
• Class A: 27-2 Netze mit jeweils bis zu 224-2 Rechnern
0
netid(7)
hostid(24)
• Class B: 214-2 Netze mit jeweils bis zu 216-2 Rechnern
1 0
netid(14)
hostid(16)
• Class C: 221-2 Netze mit jeweils bis zu 28-2 Rechnern
1 1 0
Bit 1
netid(21)
8
hostid(8)
16
24
Bit 32
IP-Adressen (cont.)
• Schreibweise: „Dotted Decimal“
10001000
–
11000111
00110110
11010010
= 136.199.54.210
• Ist ein Class X-Netz?
• Netzanteil?
• Hostanteil?
• Symbolische Namen
– 131.199.54.210 = balvenie.uni-trier.de
– Über verteilte „Datenbank“ (DNS, NSP, LADP, ...)
• IP-Netadresse
– Hostanteil ist 0
(c)PeterSturm,UniversitätTrier
5
Rechnernetze
Sommer2017
„Class A“-Netze
• Historisch die ersten Mitglieder des Internets
– Militärische Einrichtungen ?
– Amerikanische Universitäten
Multicast- und Broadcast-Adressen
• Multicast
1 1 1 0
Bit 1
Multicast address(28)
8
16
– Direkte Abbildung bei Multicast-fähigen Netzen
– Flooding-Algorithmen sonst
– Beispiel: Mbone
24
Bit 32
• Tunneln bei Unicast-Strecken
• Verwaltung der Multicast-Gruppen
– IGMP = Internet Group Management Protocol
• Broadcast
– Nur innerhalb eines Netzes
– Hostanteil alles 1
(c)PeterSturm,UniversitätTrier
6
Rechnernetze
Sommer2017
ARP und RARP
Host A
Host B
ARPQ(IAB)
• ARP = Address Resolution
Protocol
– Ermittlung einer Netzwerkadresse
im gleichem Netz
ARPR(IAB,NAB)
• Gegeben IA
• Gesucht NA
– Voraussetzung Broadcast-fähiges
Netz
• Bei dedizierten Leitungen
Konfigurationssache
• RARP = Reverse ARP
– Gegeben NA, Gesucht IA
– Diskless Clients
IP-Protokoll (IPv4)
Version
Header Length
Type of service
v
hl
tos
Total Length
identification
f Fragment offset(13)
Time to live protocol
Header checksum
source address
destination address
• 20 Byte Header
• Maximale Größe
IP-Datagramm
– 64 Kbyte inkl. Header
(c)PeterSturm,UniversitätTrier
7
Rechnernetze
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IP-Protokoll (IPv4)
• Type of Service (tos)
– Hohe Zuverlässigkeit, Hoher Durchsatz, Geringe Latenz,
Prioritäten
• Fragmentierung
– Identifikation zusammengehörender Fragmente
– Offset des Fragments im IP-Datagramm
• Time-to-live
– Hop-Count; wird von Routern dekrementiert
Aufgaben der IP-Netzwerkebene
• Übertragung von
IP-Datagrammen
– Routing
– Fragmentierung und
Assembly
• Netzverwaltung und
Melden von Fehlern
– ICMP
(c)PeterSturm,UniversitätTrier
Application
Layer
TCP
Ebene 4-7
UDP
IP / ICMP
IEEE 802.X
X.25
Ebene 3
Ebene 1-2
8
Rechnernetze
Sommer2017
ICMP
ICMP
• Internet Control Message Protocol
• Erfüllen administrative Aufgaben im IP-Netz
– Fehlermeldungen
– Informative Meldungen
• ICMP-Nachrichten werden per IP übertragen
– Empfänger ist immer der ursprüngliche Sender
Type
Code
Checksum
Zusätzliche Daten (abhängig vom Typ)
Byte
(c)PeterSturm,UniversitätTrier
9
Rechnernetze
Sommer2017
ICMPv4 Errors
Type
Name
3
Destination Unreachable
4
Source Quench
5
Redirect
11
Time Exceeded
12
Parameter Problem
Bedeutung
IP-Datagramm konnte aus
irgendwelchen Gründen (siehe
Code) nicht ausgeliefert werden
Überlastetes IP-Gerät “bittet”
Sender, die Paketrate zu
reduzieren
Router informiert Sender über
eine bessere Route
Informiert einen Sender, wenn
das TTL-Feld eines IP-Datagramms
abgelaufen ist
Code gibt Aufschluß über ein
allgemeines Problem bei der
Auslieferung eines Datagramms
ICMPv4 Information
Type
Name
Bedeutung
Erreichbarkeitstest auf IP-Ebene
8
Echo Request
0
Echo Reply
9
Router Advertisment
Router informieren Rechner über
Existenz und Fähigkeiten
10
Router Solicitation
Geräte bitten zuhörende Router
um ein Advertisment
13
Timestamp (Request)
14
Timestamp (Reply)
17
Address Mask Request
18
Address Mask Reply
30
Traceroute
(c)PeterSturm,UniversitätTrier
Antwort auf Echo-Request
Anfrage für einen Zeitstempel
Antwort zu 13
Gerät erfragt Subnetzmaske
Antwort zu 17
Verbesserung des TracerouteVerfahrens (experimentell)
10
Rechnernetze
Sommer2017
Destination Unreachable
• Paketauslieferung fehlgeschlagen
• Selbst IP-Paket (also best Effort)
3 (Type)
Code
Checksum
Anfang des auslösenden IP-Pakets
(Header und ersten 8 Byte Daten)
Byte
Destination Unreachable (1)
Code
Message Subtype
0
Network Unreachable
1
Host Unreachable
2
Protocol Unreachable
3
Port Unreachable
Der angesprochene Rechner hat für den angegebenen UDPoder TCP-Port keinen Emfpangsprozeß eingetragen
4
Fragmentation Needed
Nachricht wurde mit dem “Don’t Fragment”-Flag versendet,
müßte aber wegen kleinerer MTU zum Ziel fragmentiert
werden (wird z.B. bei der MTU Path Discovery verwendet)
5
Source Route Failed
Sender hat explizite Route angegeben, die es einem Router
unmöglich macht, die Nachricht sinnvoll weiterzuleiten
6
Destination Network
Unknown
7
Destination Host
Unknown
(c)PeterSturm,UniversitätTrier
Beschreibung
Angegebenes Netzwerk konnte nicht erreicht werdem
Angegebenes Netzwerk wurde erreicht, aber die Nachricht
konnte an den spezifizierten Rechner nicht ausgeliefert werden
Im IP-Header definiertes Protokoll wurde vom empfangenden
Host nicht verstanden
Unbenutzt (stattdessen wird Code 0 verwendet)
Der angegebene Rechner ist im Zielnetz unbekannt
11
Rechnernetze
Sommer2017
Destination Unreachable (2)
Code
Message Subtype
Beschreibung
8
Source Host Isolated
Veraltet
9
Communication with
Destination Network
Administratively
Prohibited
Sender hat keine Befugnis mit Rechnern im angegebenem
Netzwerk zu kommunizieren
10
Communication with
Destination Host
Administratively
Prohibited
Sender hat keine Befugnis mit angegebenem Empfänger zu
kommunizieren
11
Destination Network
Unreachable for ToS
Angegebener “Type of Service” wird vom Zielnetz nicht
verstanden
12
Destination Host
Unreachable for ToS
Angegebener “Type of Service” wird vom Zielrechner nicht
verstanden
13
Communication
Administratively
Prohibited
Nachricht wurde aufgrund einer Inhaltsfilterung geblockt
Source Quench
• Empfangsrechner bzw. Router wird überlastet
– Pufferspeicher voll
– Hauptgrund für Verlust eines IP-Pakets
• Gründe
– IP-Datagramme von vielen Sendern an ein Ziel
• Gewollt oder DDoS
– Schnellerer Rechner A kommuniziert mit Rechner B
– Von schnellem Link auf langsamen Link
– Datagramm-Verarbeitung behindert (z.B. HW-Fehler)
• Ungenutzt
(c)PeterSturm,UniversitätTrier
12
Rechnernetze
Sommer2017
Time Exceeded
• Pakete leben nicht ewig
– Pragmatischer Ausschluß von Router-Loops
– Empfangsrechner erhält nicht alle Fragmente
• Ursprünglich Zeitbezug
– wegen mangelnder Uhrensynchronisation wenig sinnvoll
• Heute Beschränkung der Hops
traceroute
• Weg im Internet vom Sender zum Empfänger
• Strategie
– Nachricht mit wachsendem TTL-Feld
– Auswertung der ICMP-Rückantwort
S
• Inkonsistente Sichten möglich
– … aber eher unwahrscheinlich
• Graphische Varianten
– Geographische Position einiger
Router / Gatways bekannt
(c)PeterSturm,UniversitätTrier
E
13
Rechnernetze
Sommer2017
Beispiel (Sommer 2005)
• Von Konz nach Trier über DFN:
gateway:~ # traceroute tamdhu.uni-trier.de
traceroute to tamdhu.uni-trier.de (136.199.54.243),
30 hops max, 40 byte packets
1 ffm2-d1-2.mcbone.net (62.104.212.33) 148 ms 149 ms 150 ms
2 G3-0-4.ffm4-gsr.mcbone.net (62.104.212.5) 149 ms 160 ms 150 ms
3 ir-frankfurt2.g-win.dfn.de (80.81.192.222) 159 ms 150 ms 150 ms
4 cr-frankfurt1.g-win.dfn.de (188.1.80.37) 159 ms 150 ms 150 ms
5 cr-muenchen1.g-win.dfn.de (188.1.18.82) 169 ms 169 ms 170 ms
6 cr-stuttgart1.g-win.dfn.de (188.1.18.130) 169 ms 160 ms 160 ms
7 ar-kaiserslautern1.g-win.dfn.de (188.1.76.34) 159 ms 160 ms 160 ms
8 ar-kaiserslautern2.g-win.dfn.de (188.1.77.194) 159 ms 160 ms 160 ms
9 vxr-serial1-0.uni-trier.de (136.199.1.1) 169 ms 160 ms 160 ms
10 sw3rsm-extern.uni-trier.de (136.199.224.226) 169 ms 170 ms 170 ms
11 cisco-224.uni-trier.de (136.199.224.1) 169 ms 170 ms 170 ms
12 tamdhu.uni-trier.de (136.199.54.243) 169 ms 169 ms 170 ms
Beispiel (November 2006)
• Von Konz nach Trier über Landesnetz:
1 p54a62d29.dip0.t-ipconnect.de (84.166.45.41) 2.539 ms 1.886 ms 1.737 ms
2 ***
3 217.0.67.146 (217.0.67.146) 43.070 ms 43.247 ms 43.305 ms
4 f-ea3.f.de.net.dtag.de (62.154.17.50) 47.209 ms 48.045 ms 47.091 ms
5 62.156.139.62 (62.156.139.62) 47.426 ms 47.104 ms 47.217 ms
6 sl-gw20-fra-1-1.sprintlink.net (217.147.96.227) 47.838 ms 48.044 ms 52.928 ms
7 sle-interroute-1-0.sprintlink.net (217.147.111.26) 50.254 ms 48.153 ms 48.216 ms
8 gi1-0.fra-006-core-1.interoute.net (212.23.42.173) 49.127 ms 48.670 ms 49.714 ms
9 po6-0.fra-006-access-1.interoute.net (212.23.42.134) 48.417 ms 47.802 ms 48.377 ms
10 212.23.33.162 (212.23.33.162) 48.336 ms 49.098 ms 46.497 ms
11 g-hbf-mz-1.rlp-net.net (217.198.240.10) 49.934 ms 49.781 ms 50.201 ms
12 g-hbf-ko-1.rlp-net.net (217.198.240.18) 50.929 ms 51.813 ms 50.569 ms
13 g-hbf-tr-1.rlp-net.net (217.198.240.26) 50.785 ms 50.235 ms 50.202 ms
14 g-uni-tr-1.rlp-net.net (217.198.240.82) 52.458 ms 52.263 ms 52.918 ms
15 uni-tr-gate.rlp-net.net (217.198.241.194) 53.705 ms 52.484 ms 54.266 ms
16 cisco-224.uni-trier.de (136.199.224.1) 52.160 ms 50.609 ms 49.720 ms
17 tamdhu.uni-trier.de (136.199.54.243) 56.843 ms 54.968 ms 55.155 ms
(c)PeterSturm,UniversitätTrier
14
Rechnernetze
Sommer2017
Beispiel (Juni 2013)
• Von Konz nach Trier über Landesnetz:
1 192.168.41.1 (192.168.41.1) 0.562 ms 0.478 ms 0.431 ms
2 83-169-166-162-isp.superkabel.de (83.169.166.162) 11.854 ms 11.546 ms 11.356 ms
3 83-169-176-182-isp.superkabel.de (83.169.176.182) 11.508 ms 11.297 ms 11.167 ms
4 88-134-193-5-dynip.superkabel.de (88.134.193.5) 14.851 ms 14.969 ms 14.785 ms
5 88-134-193-6-dynip.superkabel.de (88.134.193.6) 14.026 ms 13.850 ms 14.311 ms
6 88-134-193-9-dynip.superkabel.de (88.134.193.9) 13.175 ms 16.138 ms 16.161 ms
7 88-134-204-246-dynip.superkabel.de (88.134.204.246) 15.955 ms 18.845 ms 18.707 ms
8 88-134-238-181-dynip.superkabel.de (88.134.238.181) 21.685 ms 18.831 ms 18.692 ms
9 88-134-203-138-dynip.superkabel.de (88.134.203.138) 17.785 ms 17.672 ms 17.470 ms
10 g-decix-1.rlp-net.net (80.81.192.8) 16.499 ms 16.240 ms 16.185 ms
11 g-hbf-mz-1.rlp-net.net (217.198.240.102) 17.449 ms 17.325 ms 17.352 ms
12 g-hbf-ko-1.rlp-net.net (217.198.240.106) 17.243 ms 17.034 ms 18.498 ms
13 g-hbf-tr-1.rlp-net.net (217.198.240.110) 20.482 ms 20.710 ms 20.430 ms
14 g-uni-tr-1.rlp-net.net (217.198.240.74) 40.875 ms 40.913 ms 40.676 ms
15 uni-tr-gate.rlp-net.net (217.198.241.194) 17.373 ms 17.699 ms 17.748 ms
16 cisco-224.uni-trier.de (136.199.224.1) 17.399 ms 17.176 ms 17.059 ms
(c)PeterSturm,UniversitätTrier
15