IP-Adressen we rden knapp... IP-Subnetze IP-Subnetze IP

Host
Kapitel 2: Kommunikationsprotokolle
Seite 133
Router können durch Kombination einer IP-Adresse und einer
Subnetz-Maske ermitteln, in welches Teilnetz ein Paket geschickt
werden muss.
Subnet
•
Network
alle Hosts eines Netzes sollten die gleiche Subnetz-Maske haben
10
11111111111111111111110000000000
•
SubnetzMaske
Host
eine Subnetz-Maske identifiziert die „missbrauchten“ Bits
•
Network
einige Bits der Rechner-Adresse werden als Netzwerk-ID genutzt
•
Class BAdresse
mit einer IP-Netzwerk-Adresse können mehrere physikalische Netze
adressiert werden
•
Seite 132
.
255
.
225
00001100
AND
11100010
.
226
. 12
.
0
Subnetz-Maske
0000 0000
. 0
IP-Adresse
00010101
Kapitel 2: Kommunikationsprotokolle
Seite 134
Der Router berechnet das Subnetz ‘137.226.12‘ und sendet das Paket an den
Router, der dieses Teilnetz anschließt.
Netzwerk des bezeichneten Hosts
1000 1001 1110 0010 0000 1100 0000 0000
137
1111 1111 1111 1111 1111 1111
255
0111
1000
10001001
Der Eingangs-Router der RWTH, der das IP-Paket empfängt, weiß nicht, wo sich
der Host ‘12.21‘ befindet.
.
12
.
21
137 .
226
Ethernet
B
Host
128.10.2.133 128.10.2.18
Ethernet
B
Host
IP-Subnetze - Berechnung des Zielhosts
Kommunikation und verteilte Systeme
IP-Subnetze
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Kapitel 2: Kommunikationsprotokolle
Ethernet
B
Host
128.10.2.3
Ethernet B 128.10.2.0
128.10.2.1
Router
128.10.1.70 128.10.1.26
Ethernet
A
Host
Ethernet
A
Host
128.10.1.8
Ethernet
A
Host
128.10.1.3
Kommunikation und verteilte Systeme
Seite 131
Internet
des
Rest
Aller
Verkehr
für 128.10.0.0
Ethernet A 128.10.1.0
Beispiele für Subnetze: Subnetz-Maske 255.255.255.0
Problem: Class C-Netze sind sehr klein, Class B-Netze oft aber schon wieder zu
groß. Daher gibt es die Möglichkeit, ein durch die IP-Adresse identifiziertes Netz
in sogenannte Subnetze zu zerlegen.
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Kapitel 2: Kommunikationsprotokolle
Aber: Der Erfolg von IPv6 ist keineswegs sicher! (Die flächendeckende Einführung
von IPv6 ist ungeheuer schwierig: Interoperabilität, Kosten,
Migrationsstrategien, ....)
⇒ IP Version 6 hat 128 Bit-Adressen
⇒ 7 x 1023 IP-Adressen pro Quadratmeter der Erdoberfläche (incl. der Ozeane!)
⇒ eine Adresse pro Molekül auf der Erdoberfläche!
Erweiterung des Adressraums bei IPv6 gegenüber der aktuellen Version IPv4
Lösungsversuch
Beispiel: wenn 500 Geräte in einem Unternehmen angeschlossen werden sollen,
braucht man eine Class B-Adresse, die unnötigerweise mehr als 65.000
Nutzeradressen blockiert.
• Ineffiziente Nutzung des Adressraums.
• Allzu viele Class-A-Adressen wurden in den ersten Internetjahren vergeben.
Probleme
• Niemand hatte mit einem derart starken Wachstum des Internet gerechnet
(sonst hätte man von Anfang an längere Adressen definiert).
IP-Subnetze
Kommunikation und verteilte Systeme
Kommunikation und verteilte Systeme
IP-Adressen werden knapp...
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.
2
.
35
.
210
.
255
.
0
.
2
.
0
0
.
0
Subnetz-Maske
0000 0000
.
IP-Adresse
Kapitel 2: Kommunikationsprotokolle
Seite 137
• Beispiel: 137.250.3/17: Die ersten 17 Bit der IP-Adresse werden für die NetzwerkIdentifikation verwendet
• Einsatz in Verbindung mit Routing: Backbone-Router, z.B. an Transatlantik-Link,
betrachtet z.B. nur die ersten 13 Bit; dadurch kleine Routing-Tabellen, wenig
Rechenaufwand
• Router eines ISP betrachtet z.B. nur die ersten 15 Bit
• Router in Firmennetz betrachtet z.B. nur die ersten 25 Bit
Trennung von starrer Klasseneinteilung durch Ersetzen der festen Klassen durch
Netzwerk-Präfixe variabler Länge
Abhilfe: Classless Inter-Domain Routing (CIDR)
Problem: starre Klasseneinteilung
Seite 136
Kapitel 2: Kommunikationsprotokolle
Seite 138
• Nur Router, die an die Außenwelt angeschlossen sind, benötigen eine globale
Adresse
• Vergabe einer einzigen (oder einiger weniger) IP-Adressen an eine Firma
• Intern verwendet jeder Rechner eine eigene IP-Adresse. Dazu sind 'private'
Adressbereiche reserviert worden, die jeder innerhalb seiner eigenen Netze
verwenden darf und die nie im Internet geroutet werden:
• 10.0.0.0
10.255.255.255
• 172.16.0.0
172.31.255.255
• 192.168.0.0 192.168.255.255
• Bei Verlassen des eigenen Netzes findet eine Adressumsetzung statt
• Problem: wie kann die Rückübersetzung in die interne IP-Adresse stattfinden?
NAT – Network Address Translation
Kommunikation und verteilte Systeme
Flexiblere Adressierung
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Kapitel 2: Kommunikationsprotokolle
254 Rechner pro Subnetz:
• Rechner haben die Adressen
1 – 254
• Die 0 ist für das Subnetz
selbst reserviert
• Die 255 ist für Broadcast im
Subnetz reserviert
137.227.10.0
Andere Schreibweise für Adressen in Subnetzen:
137.226.12.221/24
Kommunikation und verteilte Systeme
Seite 135
137.226.112.0
Subnetzmaske für jedes Teilnetz = 255.255.255.0
137.226.8.0
137.226.12.0 InfoIV
Zugeteilte Netzwerkadresse für die RWTH
137.226.0.0
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Kapitel 2: Kommunikationsprotokolle
Der Router weiß nun, dass die beiden letzten Byte den Zielrechner direkt bezeichnen.
Netzwerk des bezeichneten Hosts
0111 1000 0000 0010 0000 0000 0000 0000
120
1111 1111 1111 1111 0000 0000
255
AND
0111 1000 0000 0010 0010 0011 1101 0010
120
Keine Aufteilung in Subnetze, es liegt ein großes Class-B-Netz vor:
Beispiel für ein Subnetz
Kommunikation und verteilte Systeme
Kommunikation und verteilte Systeme
IP-Subnetze - Berechnung des Zielhosts
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1500
TCP
10.5.3.7 1500
10.0.0.1 1066
Kapitel 2: Kommunikationsprotokolle
– Möglichkeiten zur Fortentwicklung des Protokolls
– Reduzierung des Umfangs der Routingtabellen
– Vereinfachung des Protokolls, um eine schnellere Abarbeitung zu
gewährleisten
Seite 141
– Unterstützung von Mobilität (Hosts können ohne Adressänderung auf
Reisen gehen)
– Mehr Gewicht für Dienstarten, insbesondere für Echtzeitanwendungen
– Sicherheitsmechanismen (Authentifikation und Datenschutz)
– Bessere Unterstützung der Echtzeitanwendungen
– Dramatisch anwachsender Bedarf für neue IP-Adressen
Warum ein Wechsel, wenn IPv4 gut funktioniert?
IPv6
Kapitel 2: Kommunikationsprotokolle
Seite 140
Kapitel 2: Kommunikationsprotokolle
Seite 142
– IHL: überflüssig, keine Optionen mehr
– Protocol, Fragmentierung: überflüssig, wird durch Optionen mit abgedeckt
– Checksum: Handhabung durch Schicht 2 und 4
• Einfacher Header:
– Authentifizierung und Privacy
• Sicherheitsmaßnahmen
– Markieren von Paketen für speziellen Verkehr
• Unterstützung der Reservierung von Ressourcen
– Anycast Address: Erreiche irgendeinen von mehreren
• Verbesserung der Adressflexibilität
– Dynamische Zuordnung von IPv6-Adressen
• Autokonfiguration von Adressen
– Vereinfacht und beschleunigt die Verarbeitung von IPv6-Paketen für Router
• Verbesserter Optionsmechanismus
– 128-Bit-Adressen (8 Gruppen zu je 4 Hexadezimal-Zahlen)
• Adressgröße
IPv6 - Eigenschaften
Kommunikation und verteilte Systeme
Seite 139
IPv4 (September 1981, RFC 791)
größerer Adressraum
mehr Sicherheit
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80
21
Port (Ziel)
Kommunikation und verteilte Systeme
198.60.42.12 207.17.4.21
198.60.42.12 137.226.12.221
IP (Ziel)
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Kapitel 2: Kommunikationsprotokolle
1066
TCP
Protokoll Port (lokal) IP (lokal) Port (global) IP (global)
Migrationstrategien
bessere Performance
einfachere Konfiguration
mehr Automatismus
.
einfachere Struktur
der Header
1. Anforderungen für IPng (Dezember 1993, RFC 1550)
Spezifikation für IPng (Dezember 1994, RFC 1726)
1. Veröffentlichung des Standards (Januar 1995, RFC 1752)
IPv6 (Dezember 1995, RFC 1883)
Das neue IP - IPv6
Kommunikation und verteilte Systeme
Kommunikation und verteilte Systeme
NAT – Network Address Translation
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4
8
16
Type of
Service
Flow Label
Next
Header
Kapitel 2: Kommunikationsprotokolle
Der IPv6-Header ist zwar länger, doch dies
liegt nur an den längeren Adressen.
Ansonsten ist er ‚besser sortiert‘ und im
Router einfacher abzuarbeiten.
Destination Address
DATA
NextHeader / DATA
Destination Address
Destination Address
Destination Address
Source Address
Options (variable) / Padding
Source Address
PayloadLen
Priority
Source Address
Version
Destination Address
Header Checksum
Fragment Offset
Total Length
32
Source Address
16
Source Address
Protocol
Identification
8
Seite 145
Hop Limit
32
Kapitel 2: Kommunikationsprotokolle
Seite 144
VPN
Seite 146
Unter einem virtuellen privaten Netz (VPN) wird eine Netzinfrastruktur verstanden,
bei der Komponenten eines privaten Netzwerkes über ein öffentliches Netz (z.B.
Internet) miteinander kommunizieren.
VPNs werden häufig zur Verbindung geographisch verteilter Organisationen
eingesetzt (Intranet im Internet).
VPNs gewährleisten einen authentifizierten Zugriff und erlauben durch
Verschlüsselung, den Schutz von sensiblen Daten in verteilten Netzen
sicherzustellen.
Die logische Verbindung zwischen privaten Komponenten über ein öffentliches
Netz hinweg wird durch die Tunneling-Technik erreicht.
Kapitel 2: Kommunikationsprotokolle
•
•
•
•
Virtual Private Network (VPN)
Kommunikation und verteilte Systeme
Seite 143
• Zieloptionen (Zusatzinformationen für das Ziel)
• Verschlüsselte Sicherheitsdaten
• Authentifikation (des Senders)
• Fragmentierung (Verwaltung von Fragmenten)
Unterschied zu IPv4: Nur die Quelle kann eine Fragmentierung vornehmen.
Router, für die ein Paket zu groß ist, schicken eine Fehlermeldung an die Quelle.
• Routing (Definition einer vollen oder teilweise festgelegten Route)
• Hop-by-Hop (Informationen für Teilstrecken)
Alle Router müssen dieses Feld prüfen. Momentan definiert ist nur die
Unterstützung von Jumbogrammen (Längenangabe).
Optionale Angaben folgen in Erweiterungs-Headern. Davon sind 6 definiert:
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IHL
Time to
Live
Version
HopLimit
(24)
32
Kommunikation und verteilte Systeme
IPv4 vs. IPv6: Header
4
Next header/data
DestinationAddress
SourceAddress
FlowLabel
24
NextHeader
16
PayloadLen
8
PrioVersion (4) rity (4)
4
Das Präfix einer Adresse charakterisiert
geographische Bereiche, Provider, lokale
interne Bereiche, ...
1
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Kapitel 2: Kommunikationsprotokolle
• Version: 4 Bit IP Version Nummer.
• Priority: 4 Bit für Priorität. 1 - News, 4 FTP, 6 - Telnet, 8 bis 15 - Echtzeitverkehr.
• FlowLabel: virtuelle Verbindung mit
bestimmten Merkmalen/Anforderungen
• PayloadLen: 16 Bit Unsigned Integer.
Paketlänge nach dem 40-Byte-Header
• NextHeader: 8 Bit Selektor. Gibt den Typ
des folgenden Erweiterungs-Headers an
(oder den Transport-Header)
• HopLimit: 8 Bit Unsigned Integer.
Dekrementiert bei jedem Knoten. Bei Null
wird das Paket verworfen
• SourceAddress: 128 Bits. Die Adresse
des ursprünglichen Senders des Pakets
• DestinationAddress: 128 Bits. Die
Adresse des Empfängers (nicht unbedingt
das endgültige Ziel, wenn es einen
Optional Routing Header gibt)
IPv6 Erweiterungs-Header
Kommunikation und verteilte Systeme
Kommunikation und verteilte Systeme
IPv6 Haupt-Header
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Kapitel 2: Kommunikationsprotokolle
Tunneling:
Nutzung einer
Netzinfrastruktur zum
gesicherten Transfer von
Daten von einem Netzwerk
zu einem anderen. Die
transportierten Daten sind
Pakete, die zusätzlich
gekapselt und geschützt
werden.
Tunneling-Technik
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Seite 147