Kommunikationsnetze OSI und Internet Struktur des

OSI und Internet
OSI-Referenzmodell
OSI
Referenzmodell Internet
Internet-Referenzmodell
Referenzmodell
7
6
5
4
3
Kommunikationsnetze
Das Internet
„
„
„
„
2
1
Protokollreferenzmodell
Netzstrukturen
Protokolle
Das Internet der neuen Generation
Anwendung
Darstellung
Komm.-steuerung
Transport
Anwendung
Transport
Vermittlung
Sicherung
Bitübertragung
Internet
RechnerNetzanschluss
Wesentliche Abwandlungen:
„
„
Aufgaben der OSI-Schichten 5 und 6 werden im Internetg in die Anwendung
g verlagert.
g
Referenzmodell vollständig
Die OSI-Schichten 1 und 2 werden zu einer den Anschluss des
Rechensystems an das Kommunikationsnetz beschreibenden
Schicht zusammengefasst.
Kommunikationsnetze -- 7. Internet (WS 2007/08)
Struktur des Internets
Zi l
Ziel
„
Die Internet-Protokollfamilie
Rechner A
Anwendungsprotokoll
TCP
UDP
Weltweite Kommunikation zwischen Rechnersystemen
unterschiedlicher Bauart
Struktur
„
L
A
N
Kopplung einzelner Rechner bzw. lokaler Netze über ein
teilvermaschtes Netz von Vermittlungsknoten, den Routern
IP
Netzzugangsprotokoll
LAN
Router
„
Router
Definition einer einheitlichen Protokollfamilie: TCP/IP
Kommunikationsnetze -- 7. Internet (WS 2007/08)
Rechner B
Anwendungsprotokoll
TCP
UDP
IP
Netzzugangsprotokoll
Vereinfachte Darstellung:
Router
Router
Internet
318
IP-Paket
IP
Paket
319
„
Di Internet-Schicht
I t
t S hi ht umfasst
f t wesentlich
tli h mehr
h Protokolle
P t k ll
Die
als nur das Internet Protocol IP.
Adressauflösung ist hier nicht berücksichtigt.
Früher üblicherweise Client-/Server-basiert.
Heute immer mehr Peer-to-Peer-Anwendungen.
Kommunikationsnetze -- 7. Internet (WS 2007/08)
320
Die Internet-Protokollfamilie:
Einordnung
Internet versus Intranet
IInternet
t
t
Weltumspannendes
Rechnernetz auf der Basis
d TCP/IP-Protokollsuite
der
TCP/IP P
k ll i
Globale Adressierung der
Endsysteme
Übergänge in verschiedene
andere Netze
Die Bezeichnung TCP/IP wird häufig als Synonym für die gesamte Protokollfamilie
verwendet.
Einordnung der Internetprotokolle in das ISO/OSI-Referenzmodell:
Kommunikationssteuerungsschicht
TCP
IGMP
ICMP
UDP
IP
ARP
RARP
Transportschicht
Vermittlungsschicht
Sicherungsschicht
Obwohl
Ob
hl ICMP und
d IGMP den
d IP-Dienst
IP Di
t nutzen,
t
werden
d sie
i dennoch
d
h der
d
Vermittlungsschicht zugeordnet
Die anwendungsbezogenen Schichten 5-7 sind im Internet zu einer Schicht
zusammengefasst.
Kommunikationsnetze -- 7. Internet (WS 2007/08)
IIntranet
t
t
Internes (nicht öffentliches)
Rechnernetz auf der Basis
d TCP/IP-Protokollsuite
der
TCP/IP P
k ll i
Lokaler Teil des Internets
(oftmals auch Corporate
Network, d.h. ein
geschlossenes und privates
Unternehmensnetzwerk)
In der Regel Übergang
zwischen Intranet und
Internet verbunden
„
„
321
Gateway
Firewall
Kommunikationsnetze -- 7. Internet (WS 2007/08)
322
Internet-Protokolle im heterogenen
Umfeld
Adressierung im Internet
Anwendungsorientierte Kommunikation
Î logische Adresse
HTTP
Anwendung
IMAP
RTP
Socket
Ende-zu-Ende-Informationsaustausch
Î Socket
Transport
TCP
UDP
Verbindungsloses Datennetz
Î IP-Adresse
IP
Internet
MAC/LLC
C/ C
Informationsaustausch zwischen Netzknoten
Î MAC-Adresse
Netzanschluss
Kommunikationsnetze -- 7. Internet (WS 2007/08)
Ethernet
323
FDDI
ATM
Kommunikationsnetze -- 7. Internet (WS 2007/08)
PPP
324
Netzkopplung auf unterschiedlicher
Ebene
Repeater und Hub
Schicht 1:
„
„
Repeater
Hub
OSI-Referenzmodell
Schicht 2:
„
„
Bridge
Switch
Schicht 3:
„
Router
S hi ht ≥ 3
Schicht
3:
„
Repeater:
• Signalverstärkung zwischen
Netzsegmenten
• Zahl der Repeater begrenzt
(Beispiel CSMA/CD)
Gateway
7
6
5
4
3
Anwendung
Darstellung
Komm.-steuerung
Transport
Vermittlung
g
2
1
Sicherung
Bitübertragung
R
Hub (engl. Nabe, Knotenpunkt):
• Signalverstärkung zwischen Hosts
• Physikalische Entkopplung
• Höhere Zuverlässigkeit
H
Keine Lastentkopplung
Lastentkopplung, Aufteilung der Bandbreite
Kommunikationsnetze -- 7. Internet (WS 2007/08)
325
Bridge und Switch
Bridge:
• Adressauswertung
• zwischen
i h Netzsegmenten
N
• Bildung von Teilnetzen
Kommunikationsnetze -- 7. Internet (WS 2007/08)
326
Router
B
Host
IP Router
IP-Router
ETH
ETH
PPP
Host
ETH
ETH
S
Switch: Multiport-Bridge
• Segmente bestehend aus
einem Host
• physikalische Entkopplung
• höhere Zuverlässigkeit
• Jeder
J d Host
H
mit
i eigener
i
Leitung
L i
Subnetz I
PPP
IP R t
IP-Router
Subnetz II
PPP
Host
Lastentkopplung
Kommunikationsnetze -- 7. Internet (WS 2007/08)
Switch
Backbone
ETH
327
Kommunikationsnetze -- 7. Internet (WS 2007/08)
Host
ETH
328
Das Protokoll IP
(Internet Protocol)
Eigenschaften von IP
Paketvermittelt
Verbindungslos (Datagrammdienst)
Ungesicherte Übertragung:
Historie:
„
„
Entwickelt vom amerikanischen Verteidigungsministerium
(Departement of Defense, DoD).
Bereits 1969 im damaligen ARPANET eingesetzt
(ursprünglich 4 Hosts!).
„
Realisierung und Entwicklung:
„
„
„
Aufgrund der großen Ausdehnung des Internets gehört IP heute zu
d am meisten genutzten Schicht-3-Protokollen.
den
h h
k ll
Weiterentwicklung im Projekt IPng (IP next generation) der IETF
(Internet Engineering Task Force) zu IPv6.
„
„
„
„
LAN
L
A
N
Keine Flusskontrolle.
Der
e Einsatzbereich
sat be e c e
erstreckt
st ec t ssich
c von
o p
privaten
ate b
biss hin zu
u
öffentlichen Netzen.
Weltweit eindeutige (hierarchische) Adressierung notwendig
Router
Router
Datagramm
D
t
kkann verloren
l
gehen
h
Datagramm kann dupliziert werden
Datagramme können einander überholen
Datagramme können endlos kreisen
Nicht behebbare Fehler der darunter liegenden Schicht 2 können
von IP im Allgemeinen ebenfalls nicht behandelt werden
Mit dem Protokoll ICMP (Internet Control Message Protocol)
existiert jedoch eine Möglichkeit zur Fehleranzeige
Router
Kommunikationsnetze -- 7. Internet (WS 2007/08)
329
Wegewahl bei IP
Kommunikationsnetze -- 7. Internet (WS 2007/08)
Beispiel der Adressierung
JJedes
d System
S
besitzt
b i Routingtabelle
R i
b ll
Anhand Zieladresse wird eine Zeile bestimmt, die die
e te e tu g festlegt:
est egt
Weiterleitung
„
„
„
Kommuniziert werden soll mit den folgenden Rechnern
„
„
Durchsuche Host-Adressen
Durchsuche Netzwerkadressen
S h nach
Suche
h Default-Eintrag
D f lt Ei t
„
Destination
Rechner direkt erreichbar ((direct route))
Rechner indirekt erreichbar (indirect route)
Erforderlicher MAC-Rahmen wird adressiert an:
„
„
Zielsystem
Zi
l t
Router
Kommunikationsnetze -- 7. Internet (WS 2007/08)
129.13.35.73 (sioux.telematik.informatik.uni-karlsruhe.de)
132 151 1 19 (www
132.151.1.19
(www.ietf.org)
ietf org)
Die Routingtabelle sieht wie folgt aus:
Zwei Möglichkeiten:
„
330
331
Gateway
Flags
Refs
Use
Interface
Default
i70lr0
UGS
1
13320
tu0
127.0.0.1
127
001
(localhost)
localhost
UH
7
242774
lo0
129.13.3
i70r35
UGS
0
6
tu0
129.13.35
mohave
U
11
3065084
tu0
129.13.41
i70r35
UGS
2
4433
tu0
129 13 42
129.13.42
i70r35
UGS
0
4
tu0
Kommunikationsnetze -- 7. Internet (WS 2007/08)
332
Transmission Control Protocol
TCP
TCP: Adressierung
V bi d
Verbindungsverwaltung
lt
„
„
„
Identifikation von TCP-Diensten
TCP Diensten geschieht über Ports
Portnummern bis 255 sind für häufig benutzte Dienste reserviert
„Well-known Ports“, z.B. 21 für FTP, 23 für TELNET, 80 für HTTP
Ein Socket besteht aus der Internetadresse eines Rechners und einem Port.
N t ti
Notation:
(IP
(IP-Adresse:Portnummer)
Ad
P t
) → Internet-weit
I t
t
it eindeutig
i d ti
Beispiel – Der FTP-Server der TU Ilmenau ist über den Socket 141.24.191.41:21
erreichbar:
Verbindungsaufbau zwischen zwei „Sockets” (entspricht CEP im TSAP).
Datentransfer über virtuelle Verbindung.
Gesicherter Verbindungsabbau (alle Daten müssen quittiert sein).
sein)
Multiplexen
„
Mehrere Prozesse können gleichzeitig eine TCP-Instanz benutzen
Datenübertragung
„
„
„
„
„
„
Vollduplex
Reihenfolgetreue
Flusskontrolle mit Fenstermechanismus
Fehlerkontrolle durch Folgenummern (Sequenznummern), Prüfsumme,
Quittung, Übertragungswiederholung
Unterstützung von Sicherheitsstufen und Prioritäten
Zeitbehaftete Daten: Falls Auslieferung in bestimmter Zeit nicht möglich ist,
wird der Dienstbenutzer informiert
141.24.191.41
129.13.42.112
129.13.42.115
FTPServer
FTPBenutzer A
FTPBenutzer B
Port
21
Port
400
TCP
TCP
IP
Netzzugang
Port
400
TCP
IP
IP
Netzzugang
Netzzugang
Fehleranzeige
Internet
Kommunikationsnetze -- 7. Internet (WS 2007/08)
333
Adressierung erfolgt über logische Namen
Unzuverlässig,
U
lä i verbindungslos,
bi d
l
einfacher
i f h und
d schneller
h ll als
l TCP
Demultiplexing der empfangenen Pakete basiert auf der Port-Nummer
Optionale
p
Prüfsumme
16
„
„
Destination Port
Message Length
Checksum
„
„
Paketk f
kopf
„
„
Land
Abteilung Institution
daytime
domain name server
network time protocol
Benötigt:
„
sehr viele Multimedia-Anwendungen nehmen UDP statt TCP wegen
Leistungsvorteilen
g
Kommunikationsnetze -- 7. Internet (WS 2007/08)
ikmcip1.e-technik.tu-ilmenau.de
Rechner
festgelegte, sogenannte „well-known” Ports:
13:
53:
123:
„
Weltweit eindeutig
Hierarchische Struktur
Gliederung in Domänen
B i i l
Beispiel
„
Daten ...
„
Einfacher zu merken
Dienste einfacher auf andere Rechner übertragbar
Aufbau eines logischen Namens
31
Source Port
334
Anwendungsnahe Adressierung im
Internet
User Datagram Protocol UDP
0
Kommunikationsnetze -- 7. Internet (WS 2007/08)
„
„
335
Abbildung logischer Name → IP-Adresse
Ursprünglich: Datei (hosts.txt), die jede Nacht vom Server geladen wurde
Problem: steigende Anzahl der Namen ließ zentrale Datei nicht mehr zu
Kommunikationsnetze -- 7. Internet (WS 2007/08)
336
Motivation für eine „neue”
Internet-Protokollsuite
DNS – Beispiele
c http://www.nasa.gov/
d IP
IP-Adresse
Adresse für
www.nasa.gov ?
Endsystem
Ad
Adressierungsprobleme
i
bl
DNSName Server
„
„
f http 198.116.142.34
e 198.116.142.34
„
„
Router
„
d MX-Daten für ieee.org
g?
c mail [email protected]
seitz@ieee org
f smtp 199.172.136.14
Sicherheitsprobleme
Verstärkte Dienstgüteanforderungen durch
Multimediaanwendungen
DNSName Server
Endsystem
IP-Adressraum kaum mehr ausreichend
Cl
Class-B-Adressen
B Ad
sind
i d nahezu
h
erschöpft
hö ft
Übergangslösungen nicht zukunftssicher
Keine hierarchische Adressierung
Routing-Tabellen wachsen sehr schnell, daher
ineffizientes Routing
e gemini.ieee.org,
IP-Adresse 199.172.136.14, SMTP
Router
Kommunikationsnetze -- 7. Internet (WS 2007/08)
337
Eigenschaften von IPv6 im Überblick
„
Betriebssysteme
B
ti b
t
sind
i d in
i der
d Regel
R
l IPv6-tauglich
IP 6 t
li h
Sehr viele Produkte unterstützen im Grunde
genommen den neuen IP
IP-Standard
Standard
Aber
Einfachere Struktur
Verbesserte Behandlung von Optionen
„
Segmentierung nur Ende-zu-Ende
Autokonfiguration von IP-Systemen
Dienstgüteunterstützung
Multicast-Integration
g
Sicherheitsvorkehrungen
„
„
In der Regel
g wird IPv4 verwendet (Investitionsschutz)
(
)
Ergänzungen zur IPv4-Welt ermöglichen weiterhin den
Einsatz der alten Technik
Anwendungen benötigen (noch) nicht die speziellen
Eigenschaften von IPv6
IPv6 kommt immer noch nur in speziellen
F
Forschungsnetzen
h
t
zum Ei
Einsatz
t
„
„
Kommunikationsnetze -- 7. Internet (WS 2007/08)
338
IPv6 in der Praxis
Erweiterte
E
it t Ad
Adressierungsmöglichkeiten
i
ö li hk it
Neues IP-Paketkopfformat
„
Kommunikationsnetze -- 7. Internet (WS 2007/08)
339
6bone als IPv6-Backbone
Internet2 als Entwicklungsplattform
Kommunikationsnetze -- 7. Internet (WS 2007/08)
340
Literatur
COMER
O
, D.E.:
DE C
Computernetzwerke
t
t
k und
d IInternets
t
t mit
it IInternett
t
Anwendungen. 3. überarbeitete Auflage, München: Pearson Studium /
Prentice Hall, 2002. ISBN 3-8273-7023-X.
KRÜGER, G.;
G ; RESCHKE, D.
D (Hrsg
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): Lehr- und Übungsbuch Telematik –
Netze, Dienste, Protokolle. 3. aktualisierte Auflage, München; Wien:
Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag, 2004. ISBN 3-44622862-4.
PERLMAN, R.: Bridges, Routers, Switches und Internetworking Protocols.
2. Auflage, München: Addison Wesley, 2003. ISBN 3-8273-2093-3.
SEITZ, J.; DEBES, M.; HEUBACH, M.; TOSSE, R.: Digitale Sprach- und
Datenkommunikation. Netze - Protokolle – Vermittlung. München, Wien
: Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag, 2007. ISBN 3-44622979-5.
STEVENS, W.R.:
W R TCP/IP Illustrated,
Ill t t d Bd.
Bd 1 – The
Th Protocols.
P t
l Boston;
B t
S
San
Francisco; New York: Addison-Wesley, 1994. ISBN 0-201-62246-9.
Kommunikationsnetze -- 7. Internet (WS 2007/08)
341