Telekommunikationsdienste und –netze

Anwendungsnahe Adressierung
i Internet
im
I t
t
Telekommunikationsdienste
und –netze
z
Adressierung erfolgt über logische Namen
–
–
z
Aufbau eines logischen Namens
–
–
–
3 Di
3.
Die IInternett
t
Protokollsuite (II)
♦
z
Einfacher zu merken
Dienste einfacher auf andere Rechner übertragbar
Weltweit eindeutig
Hierarchische Struktur
Gliederung
g in Domänen
Beispiel
–
ikmcip1.e-technik.tu-ilmenau.de
Die Transportschicht
Rechner
Land
Abteilung Institution
z
Benötigt:
–
Fachgebiet
„Kommunikationsnetze“
–
–
Abbildung logischer Name → IP-Adresse
Ursprünglich: Datei (hosts
(hosts.txt),
txt) die jede Nacht vom Server geladen wurde
Problem: steigende Anzahl der Namen ließ zentrale Datei nicht mehr zu
94
03. Internet-Transport [TKDN] WS 2007/08
DNS N
DNS-Namensraum
–
Namensraum ist in Zonen aufgeteilt
Länder
us
de
e-technik
z
Allgemeine Kategorie
(vorrangig innerhalb
der USA)
se ...
tu-ilmenau
uk net org gov mil
ac co
www
edu
nasa
...
ikmcip1
95
DNS – Resource
R
R
Records
d
03. Internet-Transport [TKDN] WS 2007/08
Fünf-Tupel,
Fünf
Tupel der einzelne Ressourcen näher
beschreibt:
–
–
com
–
Geplante, z.T.
bereits realisierte
weitere Zonen
(top level domains):
• arts
• firm
• info
i f
• nom
• rec
• shop
• web
–
Domain_name
Domain
name
Time_to_live
Class
Type
z
z
z
z
z
–
96
A (IP-Adresse des Rechners)
MX (Mail Exchange)
HINFO (CPU und Betriebssystem des Rechners in ASCII)
CNAME (Canonical Name)
...
Value
03. Internet-Transport [TKDN] WS 2007/08
DNS - Beispieldatenbank
B i i ld t b k
Domain_name
Domain
name
cs.vu.nl
cs.vu.nl
cs vu nl
cs.vu.nl
cs.vu.nl
flits.cs.vu.nl
flits.cs.vu.nl
flits.cs.vu.nl
flits.cs.vu.nl
flits.cs.vu.nl
www.cs.vu.nl
ftp.cs.vu.nl
p
laserjet
Time_to_live
Time
to live
86400
86400
86400
86400
86400
86400
86400
86400
86400
86400
86400
97
Class
IN
IN
IN
IN
IN
IN
IN
IN
IN
IN
IN
IN
IN
Type
TXT
TXT
MX
MX
HINFO
A
A
MX
MX
CNAME
CNAME
A
HINFO
DNS - Name
N
S
Servers
Value
„Faculteit Wiskunde en Informatica”
„Vrije Universiteit Amsterdam”
1 zephyr
1.
zephyr.cs.vu.nl
cs vu nl
2. top.cs.vu.nl
Sun Unix
130.37.16.112
192.31.231.165
1. flits.cs.vu.nl
2. zephyr.cs.vu.nl
star.cs.vu.nl
zephyr.cs.vu.nl
p y
192.31.231.216
„HP Laserjet IIISi” Proprietary
All
Allgemeine
i K
Kategorien
t
i
int
edu
sun
yale
l
eng
cs
ai
gov
mil
org
acm
eng
jack
net
jp
i
ieee
jill
–
t b
tu-bs
yahoo
h
keio
nec
cs
www
cs
csl
ibr
pc24
d IP-Adresse für
www.nasa.gov ?
Info
etc.
d MX-Daten
MX Daten für ieee
ieee.org
org ?
c mail [email protected]
@
nicht-rekursiv:
DNS-Name
Server
Endsystem
Name
Info
f smtp 199.172.136.14
Name
Info
99
e 198.116.142.34
Router
Info
z
DNS-Name
Server
Endsystem
y
f http 198.116.142.34
N
Name
03. Internet-Transport [TKDN] WS 2007/08
faxe
03. Internet-Transport [TKDN] WS 2007/08
c http://www.nasa.gov/
rekursiv:
Name
...
DNS B
DNS:
Beispiele
i i l
Jede Zone hat einen primären und beliebig weitere sekundäre
Nameserver
Anfragen können rekursiv oder nicht-rekursiv beantwortet
werden
z
de
co
DNS N
DNS:
Nameserver
–
us
ac
linda
robot
98
03. Internet-Transport [TKDN] WS 2007/08
com
Lä d
Länderspezifisch
ifi h
e gemini.ieee.org,
IP-Adresse 199.172.136.14, SMTP
Router
100
03. Internet-Transport [TKDN] WS 2007/08
Die Internet-Protokollfamilie:
Wi d h l
Wiederholung
z
z
TCP (Transmission Control
P t
Protocol):
l) Dienste
Di
t
Die Bezeichnung TCP/IP wird häufig als Synonym für die
gesamte Protokollfamilie verwendet
Einordnung
g der Internetprotokolle
p
in das ISO/OSIReferenzmodell:
z
–
–
–
Kommunikationssteuerungsschicht
TCP
IGMP
ICMP
Multiplexen
z
Datenübertragung
–
–
IP
ARP
Vermittlungsschicht
–
Sicherungsschicht
–
–
RARP
–
z
Im Weiteren wird die Transportschicht behandelt
101
z
102
03. Internet-Transport [TKDN] WS 2007/08
z
z
z
FTPServer
Port
21
129.13.42.112
129.13.42.115
FTPBenutzer A
Port
400
FTPBenutzer B
Port
400
TCP
TCP
IP
Netzzugang
z
TCP
IP
IP
Netzzugang
Netzzugang
Internet
103
03. Internet-Transport [TKDN] WS 2007/08
Vollduplex.
Reihenfolgetreue.
g
Flusskontrolle mit Fenstermechanismus.
Fehlerkontrolle durch Folgenummern (Sequenznummern), Prüfsumme,
g, Übertragungswiederholung.
g g
g
Quittung,
Unterstützung von Sicherheitsstufen und Prioritäten.
Zeitbehaftete Daten: Falls Auslieferung in bestimmter Zeit nicht möglich
ist,, wird der Dienstbenutzer informiert.
Fehleranzeige
TCP:
fest vereinbarte Port-Nummern
( ll k
(well-known
ports)
t )
Identifikation von TCP
TCP-Diensten
Diensten geschieht über Ports
(TSAPs in der OSI-Terminologie)
Portnummern bis 255 sind für häufig benutzte Dienste reserviert
(z.B. 21 für FTP, 23 für TELNET, 80 für HTTP)
Ein Socket
S
besteht aus der Internetadresse eines Rechners und einem Port.
Notation: (IP-Adresse:Portnummer) → Internet-weit eindeutig
Beispiel – Der FTP-Server der TU Ilmenau ist über den Socket 141.24.191.41:21
erreichbar:
141.24.191.41
Mehrere Prozesse können gleichzeitig eine TCP-Instanz benutzen.
03. Internet-Transport [TKDN] WS 2007/08
TCP Ad
TCP:
Adressierung
i
z
Verbindungsaufbau zwischen zwei „Sockets“ (entspricht CEP im TSAP).
Datentransfer über virtuelle Verbindung.
G i h t Verbindungsabbau
Gesicherter
V bi d
bb ((alle
ll D
Daten
t müssen
ü
quittiert
itti t sein).
i )
z
–
Transportschicht
UDP
Verbindungsverwaltung
104
Viele Anwendungen wählen TCP
als Protokoll, allerdings muss der
richtige Port gewählt werden, um
auf der Gegenseite mit der
richtigen Anwendung zu
kommunizieren.
– 13: Tageszeit
– 20: FTP Daten
– 25: SMTP
(Simple Mail Transfer
Protocol)
– 53: DNS
(Domain Name Server)
– 80: HTTP
(Hyper Text Transfer
P t
Protocol)
l)
– 119: NNTP
(Network News Transfer
Protocol))
> telnet walapai 13
Trying 129.13.3.121...
Connected to walapai.
Escape character is '^]'
] .
Mon Aug 4 16:57:19 1997
Connection closed by foreign host
> telnet mailhost 25
Trying 129.13.3.161...
Connected to mailhost .
Escape character is '^]'.
220 mailhost ESMTP Sendmail 8.8.5/8.8.5;
8 8 5/8 8 5;
Mon, 4 Aug 1997 17:02:51 +0200
HELP
214-This is Sendmail version 8.8.5
214-Topics:
214
Topics:
214- HELO
EHLO
MAIL
RCPT
DATA
214- RSET
NOOP
QUIT
HELP
VRFY
214- EXPN
VERB
ETRN
DSN
214-For
214
For more info use "HELP
HELP <topic>".
<topic> .
...
214 End of HELP info
03. Internet-Transport [TKDN] WS 2007/08
TCP Verbindungsaufbau
TCP:
V bi d
fb
TCP V
TCP:
Verbindungsmanagement
bi d
t
Verbindungen können nach der Erstellung eines Sockets
–
–
aktiv (connect) oder
passiv (listen/accept)
Ve
erbindungs
saufbau
z
aufgebaut
f b t werden.
d
Aktiver Modus: Anforderung einer TCP-Verbindung mit dem
spezifizierten Socket.
Passiver Modus: Ein Benutzer informiert TCP, dass er auf eine
eingehende Verbindung wartet.
z
–
–
Spezifikation
p
eines speziellen
p
Sockets, von dem er eine eingehende
g
Verbindung erwartet wird (fully specified passive open) oder
Alle Verbindungen annehmen (unspecified passive open).
Geht ein Verbindungsaufbauwunsch
g
ein, wird ein neuer Socket erzeugt,
g
der dann als Verbindungsendpunkt dient.
105
SYN rcvd
FIN wait1
ACK; -
FIN wait2
Send
SYN; SYN+ACK
(gleichzeitig)
SYN sent
Estblshd
SYN+ACK; ACK
Close; FIN
FIN; ACK
FIN; ACK
Closing
Close wait
FIN+ACK;
ACK; ACK
FIN; ACK
Close; FIN
Timed wait
(Timeout; -)
ACK; -
03. Internet-Transport [TKDN] WS 2007/08
TCP P k tf
TCP-Paketformat:
t A
Aufbau
fb
0
Source Port
TCP P k tf
TCP-Paketformat
t
z
31
16
Destination Port
z
Sequence Number
z
Piggyback Acknowledgement
4 bit TCP
header
length
6 bit
unused
UAERS F
RCOSY I
GKMTNN
Checksum
Window
z
Paket
Paketkopf
z
z
z
z
Urgent Pointer
z
Options (0 oder mehr 32-bit-Worte)
z
z
Daten ...
z
Dieses Bit wird in der Literatur auch durch
PSH (Push-Bit) bezeichnet.
107
03. Internet-Transport [TKDN] WS 2007/08
Last ACK
Closed
106
03. Internet-Transport [TKDN] WS 2007/08
Close; -
Listen
RST; -
Close; FIN
Anmerkung: Die Verbindung wird von den TCP-Instanzen ohne
g
der Dienstbenutzer aufgebaut
g
((es existiert z.B.
weiteres Eingreifen
kein Primitiv, das T-CONNECT.Rsp entspricht).
z
SYN; SYN+ACK
Close; -
Close
e Passive
–
Listen; -
ACK; -
Close Ac
ctiv
z
Connect;; SYN
Closed
z
z
108
Source- und Destinationport: identifizieren die Endpunkte der Verbindung
Source
Verbindung. Wie die
Hosts ihre Ports zuweisen, bleibt ihnen überlassen (bis auf die standardisierten bis
Nummer 255)
Sequence number: enthält die Byte-Folgenummer
Piggyback acknowledgement: Huckepackverschickung von Quittungen.
Q
Die
nächste erwartete Folgenummer
TCP header length: Anzahl der 32-bit-Wörter im Paketkopf
URG: Wird auf 1 gesetzt
gesetzt, falls der Urgent Pointer verwendet wird
SYN: Wird beim Verbindungsaufbau verwendet, um CONNECT.Req/Ind anzuzeigen
ACK: Unterscheidet bei gesetztem SYN-Bit eine CR-PDU von einer CC-PDU.
Signalisiert die Gültigkeit des Acknowledgement-Feldes
FIN: Gibt an, dass der Sender keine Daten mehr senden möchte
RST: Wird benutzt, um eine Verbindung zurückzusetzen
EOM (bzw. PSH): Dieses Bit zeigt das Ende einer Nachricht an
Window: Dient zur Flusskontrolle. Anzahl der Bytes, die nach dem höchsten
bestätigten Byte gesendet werden dürfen
Checksum: Enthält die Prüfsumme über Paketkopf und Daten
Urgent Pointer: Relativer Zeiger auf wichtige Daten
Das Options-Feld kann Optionen variabler Länge aufnehmen
03. Internet-Transport [TKDN] WS 2007/08
TCP-Verbindungsaufbau
i Detail
im
D t il
A
B
Active Open
TCP-Verbindungsaufbau:
V
Verwaistes
i t SYN
Passive Open
A
B
A beantragt Verbindung
Passive Open
Altes SYN kommt an
B akzeptiert und bestätigt
B akzeptiert und bestätigt
A akzeptiert
p
und beginnt
g
Übertragung
A verweigert Bs Verbindung
z
3-Wege-Handshake
–
–
Beide SYNs müssen bestätigt sein
Für den Empfänger gilt die Verbindung erst nach der Bestätigung
seines SYNs als aufgebaut
109
03. Internet-Transport [TKDN] WS 2007/08
110
03. Internet-Transport [TKDN] WS 2007/08
TCP-Verbindungsaufbau:
V
Verspätetes
ät t SYN/ACK
A
B
TCP Duplikaterkennung
TCP:
D lik t k
z
Passive Open
z
Datenpakete werden zur Duplikaterkennung durchnummeriert
Unter Umständen wird ein Datenpaket mehrfach bestätigt
–
Active Open
z
A beantragt
g Verbindung
g
Altes SYN/ACK kommt an
z
A bricht „alte“ Verbindung
ab
B akzeptiert und bestätigt
neue Verbindung
Sequenznummernbereich muss groß genug sein, dass zwei Pakete
mit der gleichen Sequenznummer genügend weit auseinander
liegen
Allerdings:
–
–
z
A bestätigt und beginnt
Übertragung
03. Internet-Transport [TKDN] WS 2007/08
–
112
Datenpakete können Verbindungsabbau überstehen und irrtümlich einer
neuen Verbindung zugeordnet werden
Durch einen Systemzusammenbruch kann die Paketnummerierung
verloren gehen
Problemvermeidung:
–
111
Kein Anzeichen für Duplikate
Uhr-unterstützte Sequenznummer (Clock-based initial sequence
number)
Sendeverzögerung (Quiet Time)
03. Internet-Transport [TKDN] WS 2007/08
TCP: Flusskontrolle /
St k t ll
Staukontrolle
TCP F
TCP:
Fenstermanagement
t
t
Sender
Empfänger
p g
z
Empfängerpuffer
0
4K
Leer
Anwendung
schreibt 2KB
z
z
–
–
2K
z
Anwendung
schreibt 3KB
Voll
Sender ist
blockiert
Flusskontrolle regelt den Datenfluss zwischen den Endsystemen
Staukontrolle befasst sich mit Stausituationen in den Zwischensystemen
Flusskontrolle in TCP: Fenstermechanismus mit Kreditvergabe
z
Anwendung liest 2KB
Staukontrolle in TCP: Problem „congestion collapse“:
Stau in Zwischensystemen führt oftmals dazu,
dazu dass Transportprotokolle
nach einem Timeout Pakete wiederholen.
⇒ Die Stausituation wird verstärkt!
TCP: „slow start“ und „multiplicative
p
decrease“ Mechanismen
–
2K
Sender kann bis zu
2KB übertragen
–
1K
113
ACK-Feld
ACK
Feld im Paketkopf bestätigt alle niedrigeren Bytefolgenummern
Window-Feld gibt an, wie viele Bytes der Empfänger zusätzlich akzeptiert
2K
Bei Datenverlust reduziert TCP den Schwellwert, bis zu dem eine Steigerung der
Senderate möglich ist, auf die Hälfte des aktuellen Fensterwerts
(multiplicative decrease).
N h einer
Nach
i
St
Stauperiode
i d wird
i d di
die F
Fenstergröße
t
öß um ein
i D
Datenpaket
t
k t erhöht
höht und
d
weiterhin nach jeder empfangenen Quittung
(slow start)
⇒ Der „slow start“ Mechanismus verhindert, dass nach einem Stau direkt
zu hoher Verkehr auftritt
114
03. Internet-Transport [TKDN] WS 2007/08
03. Internet-Transport [TKDN] WS 2007/08
TCP Staukontrolle
TCP:
St k t ll am Beispiel
B i i l
TCP V
TCP:
Verbindungsabbau
bi d
bb
Timeout
40
z
–
Übertra
agungsfen
nster (KB)
36
Schwelle
32
Noch ausstehende Datenpakete können erkannt werden, so dass der
Verbindungsabbau erst mit Eintreffen des letzten Datenpakets
vollzogen werden kann.
Close
28
24
A
B
A sendet VerbindungsabbauAnfrage
Schwelle
20
B bestätigt und sendet eigenes
Verbindungsabbau-Signal
16
12
A bestätigt den Verbindungsabbau von B. Ist dieses Signal
bei B angekommen
angekommen, gilt die
Verbindung als abgebaut.
8
4
Anzahl der Übertragungen
0
115
Bestätigter und nummerierter Verbindungsabbau
0
2
4
6
8
10
12
03. Internet-Transport [TKDN] WS 2007/08
14
16
18
20
22
24
116
03. Internet-Transport [TKDN] WS 2007/08
Stream Control Transmission
P t
Protocol
l SCTP
UDP (User
(U
Datagram
D t
P
Protocol)
t
l)
Unzuverlässig, verbindungslos
Unzuverlässig
verbindungslos, einfacher und schneller als TCP
Demultiplexing der empfangenen Pakete basiert auf der PortNummer
O ti
Optionale
l Prüfsumme
P üf
z
z
z
0
16
z
–
31
Source Port
Destination Port
Message Length
Checksum
–
–
Paketkopf
–
D t ...
Daten
z
–
–
z
z
festgelegte, sogenannte „well-known“ Ports:
–
13:
13
53:
123:
SCTP ist
i t als
l Kompromiss
K
i zwischen
i h TCP und
d
UDP entwickelt worden:
SCTP-Assoziation:
–
daytime
d
ti
domain name server
network time protocol
Verbindungsorientiert: SCTP-Assoziation
SC
Nachrichtenbasiert
Ermöglicht Flusssteuerung
Segmentieren und Blocken
–
Zusammengesetzt aus mehreren Streams
Ein Stream entspricht einer unidirektionalen
gerichteten Verbindung
sehr viele Multimedia-Anwendungen nehmen UDP statt TCP wegen
Leistungsvorteilen
117
118
03. Internet-Transport [TKDN] WS 2007/08
03. Internet-Transport [TKDN] WS 2007/08
Firewall zum Schutz des WWWServers
SCTP P k t fb
SCTP-Paketaufbau
IP
IPHeader
•
•
•
•
Common
C
Header
Chunk 1
Source Port Nummer (2 Bytes)
Destination Port Nummer (2 Bytes)
Verification Tag (4 Bytes)
Prüfsumme (4 Bytes)
Chunk 2
WWW-Server
WWW
S
HTTP
TCP
IP
LLC
MAC
PHY
Chunk n
Notebook
WWW-Browser
HTTP
TCP
IP
LLC
MAC (WLAN)
PHY (Code...)
• Chunk-Header:
o Type
o Flags
o Länge
• Chunk-Inhalt
03. Internet-Transport [TKDN] WS 2007/08
120
Coax
Funk
Router
Router
Router
Router
Glasfaser
Router
Router
Glasfaser
Firewall
Bridge
LLC
MAC (WLAN) MAC (Ethernet)
PHY (Code...)
PHY
Funk
119
Router
Router
Router
IP
LLC
MAC (Ethernet)
PHY
UTP5 – Twisted Pair
03. Internet-Transport [TKDN] WS 2007/08
LLC
MAC (FDDI)
PHY
Fi
Firewalls
ll im
i Internet
I t
t
z
⇒
Firmen Behörden,
Firmen,
Behörden Privatpersonen,
Privatpersonen Universitäten sind von den
Protokollen TCP/IP her gleichberechtigt an das Internet angebunden
Das interne Netz von unerwünschten Zugriffen von außen schützen:
–
–
–
z
z
z
123
z
Umsetzung zwischen verschiedenen mail-Systemen
dynamische Abbildung einer IP-Adresse auf viele verschiedene interne
Endsysteme
POSTEL, J.:
J : User Datagram Protocol,
Protocol August
1980, RFC 768.
POSTEL, J.:
J : Transmission Control Protocol –
DARPA Internet Program Protocol Specification,
September 1981
1981, RFC 793
793.
POSTEL, J.: Domain Name System Structure and
Delegation März 1994
Delegation,
1994, RFC1591
RFC1591.
FREED, N.: Behavior of and Requirements for
Internet Firewalls
Firewalls, Oktober 2000
2000, RFC 2979
2979.
STEWART, R.: Stream Control Transmission
Protocol September 2007,
Protocol,
2007 RFC 4960 .
03. Internet-Transport [TKDN] WS 2007/08
z
122
RFCs
RFC
z
z
Beispiel:
p
Ausfiltern von Paketen mit dem Port 80 verhindert den Zugriff
g auf
normale WWW-Server; werden z.B. 129.13.x.y Adressen gefiltert, kann kein
Rechner der Telematik auf etwas zugreifen!
03. Internet-Transport [TKDN] WS 2007/08
z
z
Außer Paketfilter sind oft noch Anwendungsgateways und
Adressübersetzung integriert
z
z
z
Am sichersten ist nur die physikalische Trennung zwischen Rechnern
am Internet und firmeninternen Rechnern
Firewalls sind meist Router,, die Pakete anhand der IP-Adresse und
Port-Nummer herausfiltern können (zusätzliche Vermerke in einer LogDatei möglich)
z
121
Lit
Literatur
t
BADACH, A.;
A ; HOFFMANN, E.
E (2007): Technik der IP-Netze:
IP Netze:
Funktionsweise, Protokolle und Dienste. Carl Hanser Verlag,
München, Wien, 2. Auflage.
ISBN 978-3-446-21935-9.
978 3 446 21935 9
COMER, D.E. (2000): Internetworking with TCP/IP. Bd. 1: Principles,
Protocols and Architecture. Prentice Hall, New Jersey.
ISBN 0
0-13-018380-6.
13 018380 6
COMER, D.E. (2002). Computernetzwerke und Internets mit InternetAnwendungen.
g
Pearson Studium / Prentice Hall, München, 3.
überarbeitete Auflage. ISBN 3-8273-7023-X.
PETERSON, L.; DAVIE, B.S. (2003). Computernetze – Eine
systemorientierte Einführung
Einführung. dpunkt.verlag,
dpunkt verlag Heidelberg,
Heidelberg 3
3. Auflage
Auflage.
ISBN 3-89864-242-9.
STEVENS, W.R. (1994). TCP/IP Illustrated. Bd. 1: The Protocols.
Addison Wesley,
Wesley Reading,
Reading Mass.
Mass
ISBN 0-201-63346-9.
03. Internet-Transport [TKDN] WS 2007/08