Vorlage ICS 2012-04-24
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Mobilkommunikationsnetze - TCP/IP (und andere)Vorlesung Markus Brückner Prof. Dr.-Ing. habil. Andreas Mitschele-Thiel Integrated Communication Systems Group www.tu-ilmenau.de/ics Inhalt ● Überblick ISO/OSI vs. TCP/IP ● Schichten in TCP/IP – Link Layer (Netzzugang) – Network Layer (Vermittlung) – Transport Layer (Transport) – Application Layer (Anwendung) Prof. Dr.-Ing. habil. Andreas Mitschele-Thiel Integrated Communication Systems Group www.tu-ilmenau.de/ics Mobilkommunikationsnetze Markus Brückner Page 2 ISO/OSI vs. TCP/IP Nach: http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:Osi_7_layer_model.svg Prof. Dr.-Ing. habil. Andreas Mitschele-Thiel Integrated Communication Systems Group www.tu-ilmenau.de/ics Mobilkommunikationsnetze Markus Brückner Page 3 Überblick TCP/IP Prof. Dr.-Ing. habil. Andreas Mitschele-Thiel Integrated Communication Systems Group www.tu-ilmenau.de/ics Mobilkommunikationsnetze Markus Brückner Page 4 Überblick TCP/IP ● ● Standardisierung: – Internet Engineering Task Force (IETF) – De facto Standards: RFC (Request for Comments) → mittlerweile mehrere tausend Dokumente zur verschiedensten Problemen Implementierung – BSD 4.x als Basis weit verbreitet – abgeleitete Implementierungen mit eigenen Defaultwerten, Fehlern etc. → riesiges verteiltes „Experiment“ Prof. Dr.-Ing. habil. Andreas Mitschele-Thiel Integrated Communication Systems Group www.tu-ilmenau.de/ics Mobilkommunikationsnetze Markus Brückner Page 5 Überblick TCP/IP Anwendung Anwendung Anwendung SCTP UDP Anwendung Application Layer TCP Transport Layer Network Layer IP PPP Prof. Dr.-Ing. habil. Andreas Mitschele-Thiel Integrated Communication Systems Group www.tu-ilmenau.de/ics Ethernet Mobilkommunikationsnetze Markus Brückner Page 6 Link Layer Überblick TCP/IP Anwendung Anwendung Anwendung SCTP UDP Anwendung Application Layer TCP Transport Layer Network Layer IP PPP Prof. Dr.-Ing. habil. Andreas Mitschele-Thiel Integrated Communication Systems Group www.tu-ilmenau.de/ics Ethernet Mobilkommunikationsnetze Markus Brückner Page 7 Link Layer Link Layer ● ● Aufgabe: Übertragung von Paketen innerhalb eines Netzsegmentes Maximum Transfer Unit (MTU): maximal mögliche Paketgröße – ● Sonderfall Loopback-Interface – ● bestimmende Größe für effizienten Transfer von IP-Paketen (Path MTU) modem MTU=576 eth MTU=1500 Spezielle Link-Layer-Schnittstelle auf dem lokalen System → kompletter Durchgang durch alle höheren Layer Address Resolution Protocol (ARP) – Path MTU=576 Auflösung IP zu Hardwareadressen Prof. Dr.-Ing. habil. Andreas Mitschele-Thiel Integrated Communication Systems Group www.tu-ilmenau.de/ics Mobilkommunikationsnetze Markus Brückner Page 8 Link Layer – Beispiel Ethernet ● ● CSMA/CD-basierter Medienzugriff Transfergeschwindigkeiten zwischen 10 MBit/s und 10 GBit/s ● MTU typisch 1500 Bytes ● 48 Bit Hardwareadresse ● Framestruktur: Ziel-MAC (48 Bit) Quell-MAC (48 Bit) VLAN-Tag (32 Bit) EtherType (16 Bit) Daten (max. 1500 Byte) Nur bei Verwendung 802.1q Prof. Dr.-Ing. habil. Andreas Mitschele-Thiel Integrated Communication Systems Group www.tu-ilmenau.de/ics Mobilkommunikationsnetze Markus Brückner Page 9 CRCPrüfsumme (32 Bit) Überblick TCP/IP Anwendung Anwendung Anwendung SCTP UDP Anwendung Application Layer TCP Transport Layer Network Layer IP PPP Prof. Dr.-Ing. habil. Andreas Mitschele-Thiel Integrated Communication Systems Group www.tu-ilmenau.de/ics Ethernet Mobilkommunikationsnetze Markus Brückner Page 10 Link Layer Network Layer ● ● Aufgabe: Vermittlung von Paketen über Netzsegmente hinweg (Ende zu Ende) Internet Protocol (IP) v4 & v6 – verbindungsloses, paketorientiertes Protokoll ohne Auslieferungsgarantie → Paketverluste, -vertauschungen, -verdopplungen möglich – Hop-by-Hop-Routing mittels verteilter Routingtabellen – Fragmentierung/Reassemblierung im Netz bei Überschreiten der MTU (abschaltbar) Prof. Dr.-Ing. habil. Andreas Mitschele-Thiel Integrated Communication Systems Group www.tu-ilmenau.de/ics Mobilkommunikationsnetze Markus Brückner Page 11 Network Layer – Paketaufbau ● IPv4 Version Header length Type of Service Paket-ID TTL Gesamtlänge (in Bytes) Flags Protokoll Fragment Offset Header-Prüfsumme Fragmentierung/ Reassemblierung Quelladresse Zieladresse Laufzeitbegrenzung (in Hops) Protokollnummer des Datenblocks (bspw. 6 = TCP, 15 = UDP) Prof. Dr.-Ing. habil. Andreas Mitschele-Thiel Integrated Communication Systems Group www.tu-ilmenau.de/ics Optionen (optional) Daten Zielangabe für Routingprozess Mobilkommunikationsnetze Markus Brückner Page 12 Network Layer – Paketaufbau ● Identifikation zusammengehöriger Pakete IPv6 Version Traffic Class Flow Label Länge des Datenbereichs Next Header Hop Limit Laufzeitbegrenzung (in Hops) Quelladresse Art des nächsten Headers Zieladresse Länge Extension Header optional Next Header Inhalt Ggf. weitere Inhalte Datenbereich Prof. Dr.-Ing. habil. Andreas Mitschele-Thiel Integrated Communication Systems Group www.tu-ilmenau.de/ics Mobilkommunikationsnetze Markus Brückner Page 13 Inhalt Network Layer – Steuerung ● ● ● ● Internet Control Message Protocol (ICMP) Hilfsprotokoll zur Signalisierung grundlegender Fehler/Steueranweisunge – IP header bad – echo request/reply – Host unreachable – … Transport in IP → eigentlich Transportschichtprotokoll Verwendung durch L4-Protokolle → eher Network-Layer-Protokoll Prof. Dr.-Ing. habil. Andreas Mitschele-Thiel Integrated Communication Systems Group www.tu-ilmenau.de/ics Mobilkommunikationsnetze Markus Brückner Page 14 Überblick TCP/IP Anwendung Anwendung Anwendung SCTP UDP Anwendung Application Layer TCP Transport Layer Network Layer IP PPP Prof. Dr.-Ing. habil. Andreas Mitschele-Thiel Integrated Communication Systems Group www.tu-ilmenau.de/ics Ethernet Mobilkommunikationsnetze Markus Brückner Page 15 Link Layer Transportschicht ● ● Transmission Control Protocol (TCP, RFC 793 etc.) – Verbindungsorientiert – Zuverlässig – Reihenfolgegarantie – Übertragung eines durchgehenden Bytestroms User Datagram Protocol (UDP, RFC 768) – Verbindungslos – Unzuverlässig – Datagrammorientiert Prof. Dr.-Ing. habil. Andreas Mitschele-Thiel Integrated Communication Systems Group www.tu-ilmenau.de/ics Mobilkommunikationsnetze Markus Brückner Page 16 Überblick TCP/IP Anwendung Anwendung Anwendung SCTP UDP Anwendung Application Layer TCP Transport Layer Network Layer IP PPP Prof. Dr.-Ing. habil. Andreas Mitschele-Thiel Integrated Communication Systems Group www.tu-ilmenau.de/ics Ethernet Mobilkommunikationsnetze Markus Brückner Page 17 Link Layer Anwendungsschicht ● Beispiele Hypertext Transfer Protocol (HTTP) – TCP-basiert – Request-Response – ab HTTP/1.1: ● ● – Pipelining: mehrere Anfragen parallel über eine Verbindung Persistent Connections: Wiederverwendung von Verbindungen Typischerweise parallele Verwendung mehrerer Verbindungen Prof. Dr.-Ing. habil. Andreas Mitschele-Thiel Integrated Communication Systems Group www.tu-ilmenau.de/ics Mobilkommunikationsnetze Markus Brückner Page 18 Anwendungsschicht ● Beispiele Telnet, SSH, VNC, Remote Desktop – TCP-basiert – Interaktiv → kurze Roundtripzeiten – Typisch: viele kleine Pakete (einzelne Tastendrücke, Mausbewegungen) – VNC & Remote Desktop: stark asymetrisch durch Übertragung großer Datenmengen bei Bildschirmänderungen Prof. Dr.-Ing. habil. Andreas Mitschele-Thiel Integrated Communication Systems Group www.tu-ilmenau.de/ics Mobilkommunikationsnetze Markus Brückner Page 19 Anwendungsschicht ● ● Beispiel Real-time Transport Protocol (RTP) – UDP-basiert – Übertragung von Mediendaten (Audio, Video) → konstante, teilweise hohe Datenraten – Echtzeitanforderungen (kurze RTT) Beispiel Real-time Control Protocol (RTCP) – Zusatz zu RTP – QoS-Überwachung/-Feedback Prof. Dr.-Ing. habil. Andreas Mitschele-Thiel Integrated Communication Systems Group www.tu-ilmenau.de/ics Mobilkommunikationsnetze Markus Brückner Page 20 Zusammenfassung TCP/IP ● ● ● ● sehr heterogene Protokolllandschaft zentral: IP (v4 oder v6) für Routing zwischen Netzen Datentransport via TCP (stromorientiert, zuverlässig) und UDP (paketorientiert, unzuverlässig) TCP als Grundlage für WWW etc. wichtig → Steuermechanismen für drahtgebundene Netze ausgelegt, anfällig in mobilen Umgebungen Prof. Dr.-Ing. habil. Andreas Mitschele-Thiel Integrated Communication Systems Group www.tu-ilmenau.de/ics Mobilkommunikationsnetze Markus Brückner Page 21 Contact Integrated Communication Systems Group Ilmenau University of Technology Dipl.-Inf. Markus Brückner fon: fax: e-mail: +49 (0)3677 69 4125 +49 (0)3677 69 4823 [email protected] Visitors address: Technische Universität Ilmenau Helmholtzplatz 5 Zuse building, room 1034 D-98693 Ilmenau www.tu-ilmenau.de/ics Prof. Dr.-Ing. habil. Andreas Mitschele-Thiel Integrated Communication Systems Group www.tu-ilmenau.de/ics Mobilkommunikationsnetze Markus Brückner Page 22
