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Einführung: Grundlegende Design-Prinzipien des Internet Ursprüngliche Entwurfsentscheidungen • Paketvermittlung – damals eine neue Technik, im ARPANET erforscht • Hohe Verfügbarkeit des Netzes – Datengrammtechnik (vs. virtual circuit) – wenig Zustandsinformation im Netz – verteilte Verwaltung • Soll viele verschiedene Dienste unterstützen können – Internet Protocol (IP) als Netzwerkprotokoll – Transmission Control Protocol (TCP), User Datagram Protocol (UDP) als Transportprotokolle (-> Bezeichnung TCP/IP) – Anwendungen direkt auf Transportprotokolle aufgesetzt • Netzverbund mit heterogenen Teilnetzen – Minimale Anforderungen an die Subnetze (bez. Zuverlässigkeit, Durchsatz, etc.), Fragmentierungsfunktion in IP • „Offenes System“ – Spezifikation offen gelegt und unter öffentlicher Kontrolle Schichtenarchitektur von TCP/IP Dienstschnittstellen E-mail File Transfer Transmission Control Protocol (TCP) World Wide Web Verteilte Spiele GebäudeSteuerung User Datagram Protocol (UDP) Internet Protocol (IP) Physikalische Subnetze (Hardware, Firmware) Dienstschnittstellen • zur Anwendung: nicht standardisiert, anwendungsabhängig • zu den Transportprotokollen: De-facto Standard (socket-Schnittstelle) – Dienst von UDP: Verbindungslos, unzuverlässig – Dienst von TCP: Verbindungsorientiert, zuverlässig • zu IP: Eingschränkt auf Super-User / Systemprogramme, via raw socket – Verbindungslos, unzuverlässig • zu den phys. Subnetzen: Netz- und implementationsabhängig, oft jedoch IEEE 802.x Geschichte des Internet (I) • Baut auf Forschung im Bereich Paketvermittlung auf (Arpanet, ca. ab 1967) • 1973: Bob Kahn postuliert eine neue Architektur, basierend auf Konzept Netzverbund • 1973/74: Implementation des Konzepts in der Gruppe von Vint Cerf in Stanford; erstes Internet mit 3 Netzen • 1977: Einbindung des Arpanet • Ab ca. 1980: Arpanet ist wichtiger Backbone des wachsenden Internet • 1983: TCP/IP als Standard für das US-DoD verankert • DARPA-finanzierte Implementation von TCP/IP (entwickelt von BBN) und deren Integration in Berkeley UNIX (BSD); socketSchnittstelle. Geschichte des Internet II • 1986: NSFNET in USA als Rückgratnetz von neuen regionalen Netzen • Ab 1987: Aufbau von TCP/IPNetzen in Europa und Australien - weltweites Internet • ca. 1988/89: Aufbau und Anschluss des Schweizerischen akad. Forschungsnetzes (SWITCH) an das Internet. Rückgratnetz mit 2 Mbit/s! • 1990: Übergang von 56 kbit/s auf 1.544 Mbit/s (T1) für Leitungen des NSFNET • 1990: Mehr als 3000 Netze und 200‘000 Hosts • 1992: Übergang auf 45 Mbit/s im Backbone im NSFNET; Start der Entw. von IP next generation • 1994/95: Explosion des Internet nach der „Erfindung“ des WWW • Seither: Triebfeder der Informationsgesellschaft Standardisierungsprozess: Dokumentation • Request for Comment (RFC): Reihe von elektronisch zugänglichen Publikationen, welche das Internet beschreiben. • Frühere Reihe von Publikationen: Internet Engineering Notes (IEN). Nicht mehr weitergeführt • Internet Drafts (ID): Diskussions- und Entwurfsdokumente für die Standardisierung, zeitlich beschränkge Gültigkeit. • Dokumentation ist vollständig im Internet verfügbar. Adressierung Address Resolution Protocol Das IP Protokoll Konzept und Architekturmodell des Internet "The TCP/IP internet protocols treat all networks equally. A local area network like an Ethernet, a wide area network like the NSFNET backbone, or a point-to-point link between two machines each count as one network." (D. Comer) Internet Internet Physikalisches Netz Router Rechner Rechner Konzept und Architekturmodell des Internet IV • Das Internet beruht auf dem Zusammenschluss von teilautonomen Subnetzen mittels Verbindungsrechnern (Routern). • Router leiten den Datenverkehr gemäss einer Netzwerkadresse, nicht einer Endsystemadresse. • Diese Form der Datenweiterleitung ist transparent für Benutzer. Netzwerk 1 R1 Netzwerk 2 R2 Netzwerk 3 Adressierung im Internet: Adresstypen 01234 Klasse A 0 Klasse B 10 Klasse C 110 Klasse D 1110 Klasse E 11110 8 16 NetzID 24 31 RechnerID NetzID RechnerID NetzID Multicast Adresse Reserviert für spätere Verwendung RechnerID Adressierung im Internet: Darstellung • Darstellung als 4 Oktette in Dezimalnotation, getrennt durch einen Punkt, z.B. 129.132.66.1 • Klasse A zwischen 1 und 126 • Klasse B zwischen 128.1 und 191.254 • Klasse C zwischen 192.1.1 und 223.254.254 • Um ein Netz zu adressieren, wird der Rechnerteil einer Adresse auf Null gesetzt, z.B. B-Netz der ETH: 129.132.0.0 • Um alle Rechner in einem Netz zu erreichen (Broadcast), wird der Rechnerteil auf 1 gesetzt, z.B. 129.132.255.255 Adressierung im Internet: Spezielle Adressen • Eine Null in einem Teil der Adresse bezeichnet per Konvention den lokalen Rechner bzw. das lokale Netz. • Die Adresse 127.0.0.0 (oft auch 127.0.0.1) ist der "lokale loopback" eines Rechners. Lokaler Rechner Alles Null Alles Null Rechner Alles Eins Rechner auf lokalem Netz Beschränkter Broadcast (auf lokalem Netz) Netz Alles Eins Gerichteter Broadcast für "Netz" 127 Beliebig Lokaler Loopback Adressierung im Internet: Namensautorität und Subnetze • Die Adressautorität im Internet wird durch die zentrale Vergabe von Netzadressen durch das NIC in den USA ausgeübt. • Um die Freiheit der lokalen Konfiguration zu erhöhen, und die Anzahl vergebener Netzadressen zu minimieren, ist die Verwendung lokaler Subnetz-Masken zur internen Unterteilung des Rechner-Teils der Adresse möglich. 01234 8 16 Klasse B 10 NetzID Subnetz 10 NetzID 16 Bits 24 31 RechnerID Subnetz n Bits RechnerID 16-n Bits Subnetz-Maske Beispiel: Netz 129.132.0.0, Maske 255.255.255.192 = 10 Bit Subnetz Adressierung im Internet: Schwachpunkte • Wenn ein Rechner an ein anderes Netz angehängt wird, muss seine Adresse geändert werden. • Die Reihenfolge der Adressbytes ist im Standard festgelegt. • Wenn z.B. ein C-Netz auf mehr als 255 Rechner wächst, müssen alle Rechner auf ein B-Netz migriert werden. • Ein Rechner mit mehreren Anschlüssen an das Internet braucht mehrere Adressen, die auch verschiedene Routen implizieren. I1 Router I3 Rechner A I2 I4 Rechner B I5 Netz 2 Problem der Adressabbildung Internet Physikalisches Netz Router Rechner Abbildung von IP-Adressen auf physikalische Adressen • Gegeben 2 Rechner, die am selben physikalischen Subnetz angeschlossen sind. • Beide Rechner haben je eine IP-Adresse, und je eine physikalische Adresse bezüglich ihres gemeinsamen Netzes (z.B. eine Ethernet-Adresse). • Will Rechner A Daten an Rechner B senden, so muss er anhand der IP-Adresse von Rechner B die EthernetAdresse von Rechner B herausfinden, um die Daten über das gemeinsame Netz zu senden. Wege zur Abbildung von IP-Adressen auf physikalische Adressen • Direkte Abbildung durch Berechnung aus der IP-Adresse: dies ist nur in bestimmten Netzen möglich, und auch nur, solange das Adressierschema in beiden Adressräumen eingehalten wird. • Suche der physikalischen Adresse in einem Verzeichnisdienst anhand der IP-Adresse. • Dynamische Bindung durch Nachfragen auf dem lokalen Netz mittels des "Address Resolution Protocol": Rechner A sendet ein spezielles Broadcast-Paket auf das lokale Netz, in dem die IP-Adresse von Rechner B angegeben ist, und in dem nach der physikalischen Adresse von Rechner B gefragt wird. Rechner B füllt die gesuchte Adresse ein und sendet das Paket zurück. Aufbau eines ARP-Paketes ARP Paket Frame Kopf 01234 Frame Datenteil 8 16 Hardware Typ HLEN PLEN 24 Protokoll Typ Operationstyp Sender HA (Bytes 0 bis 3) Sender HA (Bytes 4 bis 5) Sender IP (Bytes 0 bis 1) Sender IP (Bytes 2 bis 3) Ziel HA (Bytes 0 bis 1) Ziel HA (Bytes 2 bis 5) Ziel IP (Bytes 0 bis 3) 31 Aufbau eines IP-Paketes 01234 8 Vers HLEN 16 Diensttyp Identifikation Lebenszeit 19 24 Gesamtlänge Flags Protokoll Fragment-Offset Kopf-Prüfsumme IP-Adresse des Senders IP-Adresse des Empfängers IP-Optionen (falls vorhanden) Daten … "Padding" 31 Länge und Diensttypangabe in einem IP-Paket • Das Feld HLEN gibt die Länge des IP-Kopfes an. Das einzige variabel lange Feld sind die IP-Optionen, die mittels des "Padding-Feldes" wieder auf ein Vielfaches von 32 gebracht werden. • Typische Grösse (ohne Optionen) ist 20 Byte (HLEN = 5). • Diensttyp: 0 1 2 Priorität (0 bis 7) 3 D 4 T 5 R 6 7 nicht benutzt hohe Verlässlichkeit hoher Durchsatz niedrige Verzögerung Weitere Felder in einem IP-Paket: Fragmentierung • Die Felder Identifikation, Flags und Fragment-Offset kontrollieren die Zerlegung zu langer Datenpakete in mehrere kleinere Pakete. • Ethernet-Frames können maximal 1500 Bytes lang sein. Diese Maximalwerte werden als MTU (maximum transfer unit) bezeichnet. • Ist ein IP-Paket grösser als die vorhandene MTU, muss das IP- Paket fragmentiert (zerlegt) werden. Fragmentierung von IP-Paketen Rechner A Netzwerk 1 MTU = 1500 Datagram-Kopf Rechner B Netzwerk 2 MTU = 620 R1 R2 Netzwerk 3 MTU = 1500 1400 Bytes Daten Datagram-Kopf 600 Bytes Daten 600 Bytes Daten 200 Bytes Daten Fragment-1-Kopf 600 Bytes Daten Flag "weitere Fragmente" gesetzt Fragment-2-Kopf 600 Bytes Daten Flag "weitere Fragmente" gesetzt Fragment-3-Kopf 200 Bytes Daten Weitere Felder in einem IP-Paket: Identifikation, Offset, Flags • Das Feld "Identifikation" enthält eine eindeutige Nummer des ursprünglichen IP-Pakets. • Der Fragment-Offset spezifiziert die Stelle im ursprünglichen IP- Paket, an dem das aktuelle Fragment eingesetzt werden muss. • Mittels des Felds "Flags" kann Fragmentierung verboten werden, es wird auch zum Signalisieren weiterer Fragmente benutzt. • Das Feld "Gesamtlänge" in einem Fragment bezieht sich auf die Länge des Fragmentes, nicht auf die Länge des IP-Pakets. • Einmal fragmentierte Pakete werden erst beim Empfänger wieder zusammengesetzt (Nachteile: Zusatzlast und Gefahr von Verlust). Weitere Felder in einem IP-Paket: Lebenszeit • Das Feld "Lebenszeit" gibt an, wie lange (in Sekunden) ein Paket im Internet unterwegs sein darf, bevor es gelöscht wird. Beim Erstellen des Paketes wird eine Maximalzeit angegeben, die bei jeder Weiterleitung des Pakets dekrementiert wird. • Wird ein Paket in einem Router verzögert, wird ein entsprechend höherer Wert abgezogen. • Wird ein Paket wegen "Lebenszeit = 0" vor seiner Ankunft beim Empfänger gelöscht, muss das löschende System eine Fehler- meldung an den Urheber des Pakets zurücksenden. Weitere Felder in einem IP-Paket: Protokoll, Prüfsumme, Adressen • Das Feld "Protokoll" gibt an, welches hierarchisch über IP liegende Protokoll das Paket erzeugt hat, d.h. in welchem Format sich die Daten befinden. • Das Feld Kopf-Prüfsumme dient der Datensicherung, bei der Bildung der Prüfsumme wird dieses Feld als "0" angenommen. • Die Felder mit den IP-Adressen von Sender und Emfänger haben End-zu-End-Signifikanz, d.h sie werden nicht verändert, während das Paket durch das Internet transportiert wird. Weitere Felder in einem IP-Paket: IP-Optionen • IP-Optionen 0 1 Kopie 2 Opt. Klasse 3 4 5 6 7 Optionsnummer • Das Flag "Kopie" gibt an, ob bei Fragmentierung die Optionen nur im ersten Fragment, oder in allen Fragmenten gesetzt werden. • Optionsklasse 0 1 2 3 Normales Datengramm oder Netzwerk-Kontrolle reserviert für zukünftige Benutzung Fehlersuche und Messungen reserviert für zukünftige Benutzung Weitere Felder in einem IP-Paket: Optionale Elemente • Optionen für Leitweglenkung und Zeitstempel • Die Option "Wegaufzeichnung" ermöglicht die Protokollierung des Weges des Pakets durch das Netz im Optionsfeld des IP-Pakets. • Die Option für die Wahl des Leitweges ermöglicht es dem Sender eines IP-Pakets, den Weg zum Empfänger zu diktieren. Diese Option wird meist zu Testzwecken benötigt. • Die Zeitstempel-Option arbeitet ähnlich zur Option "Wegaufzeich- nung", es wird jedoch ein zusätzlicher Zeitstempel angegeben. Weitere Flags steuern die Details der Angabe von Zeitstempeln. Internet Control Message Protocol (ICMP) Einführung in ICMP • Zur Steuerung und Verwaltung des Internet ist ein gesondertes Protokoll nötig, welches "normalen" Benutzern nicht zugänglich ist. • Typische Aufgaben des Internet-Kontrollprotokolls sind: • Koordination zwischen Routern und Endsystemen • Fehlererkennung und -korrektur • Überwachung und Messung des Verkehrsaufkommens • ICMP stellt eine Kommunikationsmöglichkeit zwischen der IP-Software auf Internet-Rechnern zur Verfügung. • ICMP benutzt den IP-Dienst, gehört logisch aber auf die selbe Protokollschicht, wie das IP-Protokoll. ICMP-Meldungstypen • • • • • • • • • • • • • 0 3 4 5 8 11 12 13 14 15 16 17 18 Echo-Antwort Destination unerreichbar "Source Quench" Änderung einer Route Echo-Anforderung Datagram-Lebenszeit überschritten Parameter-Problem im Datengramm Zeitstempel-Anforderung Zeitstempel-Antwort Informations-Anforderung (nicht mehr benötigt) Informations-Antwort (nicht mehr benötigt) Adressmasken-Anforderung Adressmasken-Antwort Meldungen über nicht erreichbare Destinationen • Wenn ein IP-Paket nicht weitergeleitet werden kann, wird eine entsprechende Fehlermeldung erzeugt. 0 1 2 3 4 5 6 Netz nicht erreichbar Rechner nicht erreichbar Protokoll nicht erreichbar Port nicht erreichbar unerwünscht Fragmentierung benötigt unerreichbar Falsche Quell-Route unerreichbar Zielnetz unbekannt 0 8 Typ (3) 7 8 9 10 Zielrechner unbekannt Zielrechner isoliert Netzkommunikation unerwünscht Rechnerkommunikation 11 Netz für diesen Dienst 12 Rechner für diesen Dienst 16 Code (0-12) 24 Prüfsumme Unbenutzt, muss Null sein Internet-Kopf und erste 64 Bit des Datengramms 31 Automatische Konfiguration mit dem Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP) Wozu DHCP? • Automatische Konfiguration von Hosts • Zu konfigurierende Parameter: – – – – – – IP-Adresse Gateway- (Router-) Adressen IP-Maske (Subnetting) Adressen der DNS-Server Link MTU, default time-to-live … und sehr viel mehr, s. Appendix A von RFC 2131 • Ohne DHCP: Einstellung von Hand (NetzwerkKontrollfeld in Windows, Registry, oder nicht einstellbar • Unangenehm: Bei einer Konfigurationsänderung von Hand muss Windows (95, 98) neu gestartet werden Aufbau einer DHCP-Nachricht op-Operation htype hlen xid-Transaction ID hops secs-Sekunden seit Beginn Flags ciaddr-Client-Adresse (falls schon zugewiesen) yiaddr-Neu zugewiesene Client-Adresse siaddr-Adresse des Bootstrap-Server giaddr-Adresse des Relay-Agent chaddr-Hardware-Adresse des Client (16) sname-Hostname des Servers (optional) (64) file-Bootstrap-Filename (128) Optionen (variabel lang) Typischer Ablauf des DHCP-Protokolls Server (nicht gewählt) Client Bestimmt Konfiguration Bestimmt Konfiguration Wählt aus Client ist konfiguriert t Server (gewählt) Die Transportprotokolle: Transmission Control Protocol (TCP) User Datagram Protocol (UDP) Die Socket-Schnittstelle Einführung in TCP • TCP implementiert ein verbindungsorientiertes, zuverlässiges Transport- Protokoll, aufbauend auf dem IP-Dienst. Dienstschnittstellen E-mail File Transfer Transmission Control Protocol (TCP) World Wide Web Verteilte Spiele GebäudeSteuerung User Datagram Protocol (UDP) Internet Protocol (IP) Physikalische Subnetze (Hardware, Firmware) Adressierung von Anwendungsprozessen: Beispiel TCP/IP - Portnummern AP1 37 AP2 AP3 Port56 1245 Nummern Internet 4 Physikalisches Netz UDP Proto=17 3 IP Router Rechner Koordination der global zugeordneten Ports • Internet Assigned Numbers Authority (IANA): Zuständig für Vergabe von Konstanten in TCP/ IPProtokollen (port numbers, protocol numbers, ...) – neu unter der Verantwortung von ICANN • Bereich 0.. 1023: Für globale "well known" ports, kontrolliert von der IANA • Bereich 1024 .. 65535: Frei für dynamische Allozierung durch Prozesse oder für statische Allozierung mit lokaler Bedeutung – Registrierung durch IANA ist optional • Aktuelle globale / statische Zuordnungen: http://www.iana.org/assignments/port-numbers Well-known port numbers: /etc/services (Auszug) # Note that it is presently the policy of IANA to assign a single well-known # port number for both TCP and UDP; hence, most entries here have two entries # even if the protocol doesn't support UDP operations. # Updated from RFC 1700, “Assigned Numbers” echo echo discard discard ftp-data ftp telnet smtp time time nameserver whois domain domain 7/tcp 7/udp 9/tcp 9/udp 20/tcp 21/tcp 23/tcp 25/tcp 37/tcp 37/udp 42/tcp 43/tcp 53/tcp 53/udp sink null sink null mail timserver timserver name nicname nameserver nameserver # IEN 116 # name-domain server Eigenschaften des Transmission Control Protocol (TCP) • verbindungsorientiert • Vollduplex-Verbindung • stellt eine “byte pipe” zur Verfügung unstrukturierter Datenstrom • Sliding Window-Protokoll • Folgenummern sind Bytenummern • Maximale Fenstergrösse 216 Bytes • Variable Grösse des Sendefensters bestimmt durch das Maximum von: – Angabe des Empfängers (receiver window size) – Congestion window size, abhängig von einer lokalen Schätzung der Netzbelastung -> “Slow Start” Algorithmus TCP-Segmentformat 0 4 10 16 Port des Senders 24 Port des Empfängers Sequenznummer im Bytestrom des Senders Bestätigungsnummer (ACK in Gegenrichtung) HLEN Reserviert Code Bits Grösse des Emfängerfensters Prüfnummer (auch über Daten) Optionen (falls vorhanden) Dringlichkeitszeiger "Padding" Daten … • Code Bits: URG, ACK, PSH, RST, SYN, FIN • Dringlichkeitszeiger: zeigt auf das Ende der dringenden Daten im TCP-Datenfeld. 31 Verbindungsaufbau • Aktives Öffnen einer Verbindung (SYN) • Passive Seite nimmt eine Verbindung auf einer bestimmten Port-Nummer entgegen • Die initialen Sequenznummern werden auf jeder Seite zufällig gewählt und bestätigt. • 3-fach-Handshake (nötig wegen des unzuverlässigen Dienstes von IP): Sende SYN seq=x Empf. SYN Sende SYN seq=y, ACK x+1 Empf. SYN + ACK Sende ACK y+1 Empf. ACK Verbindungsaufbau, zwei Fehlerszenarien altes Duplikat altes Duplikat altes Duplikat wird verworfen Abbau einer TCP-Verbindung • Aktive Seite (links) schliesst Verbindung mit FIN-Flag • Neue Daten werden nicht mehr übertragen, von rechts ankommende Daten werden jedoch noch bestätigt. • 4-fach-Handshake; jede Seite wird separat beendet (TCP half close) Sende FIN seq=x Empf. FIN Sende ACK x+1 Empf. ACK Applikation informieren Sende FIN, ACK x+1 Empf. FIN + ACK Sende ACK y+1 Empf. ACK Segmente, Datenströme und Sequenznummern • TCP betrachtet einen Datenstrom als Sequenz von Bytes, die für die Übertragung in TCP-Segmente eingeteilt werden. Jedes Segment wird dann in der Regel auf ein IP-Paket abgebildet. (Grösse eines Segmentes bei lokaler Übertragung gemäss physikalischem Netz, sonst 536 Bytes) • TCP verwendet ein "sliding window" Protokoll, um möglichst effizient Daten zu übertragen, und Flusskontrolle zu ermöglichen. Bei einer Vollduplex-Verbindung müssen insgesamt 4 Fenster verwaltet werden. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Variable Fenstergrössen • Die Fenstergrösse im TCP "sliding window" Protokoll kann variiert, d.h. an den "Füllstand" des Netzes bzw. des Empfängers angepasst, werden. • Flusssteuerung – Jedes Bestätigungspaket enthält einen "window advertisement" Wert, in dem der Empfänger angibt, für wieviele weitere Pakete er noch freie Kapazität hat (das Fenster kann also grösser oder kleiner werden). • Verkehrssteuerung – Jacobsen's "slow start" Algorithmus variiert die Grösse des Sendefensters, um die Senderate an die Netzbelastung anzupassen (s. Folie 18). Slow Start Algorithmus Linear ansteigende Fenstergrössse congestion window size (in Segmenten) timeout 20 15 ssthresh 10 5 0 0 Exponentiell ansteigende Fenstergrösse 5 10 15 Anzahl round trip times 20 Verbindungen und Verbindungsendpunkte Eine TCP-Verbindung wird durch ein Paar von Adressen und Port-Nummern identifiziert (Verbindungsendpunkte): • IP-Adresse und Port-Nummer Host A • IP-Adresse und Port-Nummer Host B Jede Verbindung wird durch ein Paar von Verbindungsendpunkten eindeutig identifiziert -> mehrere Verbindung zwischen den gleichen Hosts sind dadurch gleichzeitig möglich. Identifikation von Verbindungen Host A (Client-Maschine) Host B (Server-Maschine) Daemon (tcp, *, 23) Client 1 (tcp, A, 1055, B, 23) (tcp, A, 1055) Client 2 (tcp, A, 1056) Server 1 (tcp, B, 23) fork (tcp, A, 1056, B, 23) Server 2 (tcp, B, 23) Routing Distanzvektor Routing • Jeder Router sendet einen Vektor mit den kürzesten Distanzen zu allen erreichbaren Netzadressen an seine Nachbarn. • Ein Router führt seine Tabellen nach, falls er von einem Nachbarn erfährt, dass eine Netzadresse auf kürzerem Weg erreicht werden kann. • Der Distanzvektor wird periodisch gesendet oder immer, wenn die Tabellen nachgeführt werden müssen. Distanzvektor Routing Beispiel 1 C 3 B 4 4 A 3 2 E D 3 Knoten A Destination Distanz Nächster Knoten B 4 B C 3 C E 2 E D 8 B 5 E Routing Updates: B->A: [(D,4) (E,3) (C,1) (A,4)] E->A: [(D,3)(B,3)(A,2)] Implementation: RIP-2 – IETF RFC-2453 – RIP verteilt erreichbare Netzadressen mit zugehöriger Distanz (Anzahl Hops) an Nachbarn. – Sendet Information alle 30 Sekunden oder immer, wenn die Forwardingtabelle geändert werden musste. – Maximaler Netzdurchmesser beträgt 15 Router (Hops), um die Konvergenzzeit zu begrenzen (count to infinity Problem). – RIP-2 verwendet UDP mit Port 520. – Nur ein einzelner Pfad pro Zieladresse ist gespeichert. Kein Lastausgleich möglich. – Die meisten UNIX Systeme haben RIP eingebaut (routed). Subnetting • Die Adressautorität im Internet wird durch die zentrale Vergabe von Netzadressen durch das NIC in den USA ausgeübt. • Um die Freiheit der lokalen Konfiguration zu erhöhen, und die Anzahl vergebener Netzadressen zu minimieren, ist die Verwendung lokaler Subnetz-Masken zur internen Unterteilung des Rechner-Teils der Adresse möglich. 01234 8 16 Klasse B 10 NetzID Subnetz 10 NetzID 16 Bits 24 31 RechnerID Subnetz n Bits RechnerID 16-n Bits Subnetz-Maske Beispiel: Netz 129.132.0.0, Maske 255.255.255.192 = 10 Bit Subnetz Network Address Translation (NAT) Prof. B. Plattner Voraussetzungen für die Umsetzung • Internet-Adressraum muss einen Teil mit global eindeutigen und einen Teil mit wiederverwendbaren, lokalen Adresssen aufgeteilt werden • Wiederverwendbar, nur lokal geroutet: – Klasse A: Netz 10.0.0.0 (10/8) – Klasse B: Netze 172.16.0.0 bis 172.31.0.0 (172.16/12) – Klasse C: Netze 192.168.0.0 bis 192.168.255.0 (192.168/16) • Lokale Adressen werden nach aussen nicht bekannt gemacht, nur die zugehörigen globalen Adressen • Routing-Protokoll innerhalb des Intranet arbeitet mit den lokalen Adressen Beispiel: Basic NAT Internet (via ISP) Edge Router mit NAT NAT Zugangsrouter des ISP 212.34.87.4 212.34.87.18 212.34.87.25 192.168.1.4 192.168.1.2 192.168.1.3 Intranet Mehrere private Hosts, eine externe Adresse • Eine einzige IP-Adresse wird mehreren Hosts zugeordnet • Neben den IP-Adressen müssen auch Port-Nummern übersetzt werden 212.145.45.23 192.168.0.5:1234 205.244.37.56:80 Web-Server Host 205.244.37.56 192.168.0.5 NAT ! 212.145.45.23:1234 205.244.37.56:80 Host 192.168.0.6 192.168.0.6:1234 205.244.37.56:80 Network Address and Port Translation 212.145.45.23:5566 205.244.37.56:80 212.145.45.23 192.168.0.5:1234 205.244.37.56:80 Web-Server 205.244.37.56 Host 192.168.0.5 NAT ! 212.145.45.23:5567 205.244.37.56:80 Host 192.168.0.6 192.168.0.6:1234 205.244.37.56:80 NAT ordnet neue Port-Nummern zu Domain Name System (DNS) Motivation: E-mail-Infrastruktur des Internet Absender Empfänger DNS server SMTP server Internet E-mail client Mail-exchangeabfrage E-mail client POP SMTP SMTP server DNS server SMTP: Simple Mail Transfer Protocol POP: Post Office Protocol Adressabfrage POP server Benennbare Objekte, Syntax und Abbildung auf Adressen • DNS-Namen können auf verschiedenartige Objekte abgebildet werden, z.B Rechneradressen, e-Mail-Adressen usw. • Ein Eintrag "dn1.ethz.ch" kann also einen einzelnen Rechner bezeichnen, und ”inf.ethz.ch" ein e-Mail-Domain. Dem Namen sieht man diesen Unterschied nicht an. • Verschiedene DNS-Namen können auf das gleiche Objekt abgebildet root werden (alias). tik.ee.ethz.ch top level domain second level domain subdomains .edu .com .gov ucb dec nsf ... .ch ethz Administration des Namensraums und Betrieb des DNS • Zone: Unterbaum des Namensraums, der als Einheit verwaltet wird, z.B. ein second-level domain wie ethz.ch. • Zonen können in untergeordnete Zonen aufgeteilt werden. • Ein primary name server ist für eine oder mehrere Zonen zuständig (authoritative name server). Primary name servers werden aus einer Datenbank (Textfile) geladen. • Einer oder mehrere redundante secondary name servers erhöhen die Verfügbarkeit . Secondary name servers werden vom primary geladen (zone transfer). • Secondary name servers sind für Betreiber von Zonen obligatorisch • root server binden die oberste Ebene des DNS zusammen. Jeder name server muss die IP-Adressen der root server kennen. Liste der root servers /netinfo/root-servers.txt Sep 97 The following hosts are functioning as root domain name servers for the Internet: HOSTNAME NET ADDRESSES SERVER PROGRAM A.ROOT-SERVERS.NET B.ROOT-SERVERS.NET C.ROOT-SERVERS.NET D.ROOT-SERVERS.NET E.ROOT-SERVERS.NET F.ROOT-SERVERS.NET G.ROOT-SERVERS.NET H.ROOT-SERVERS.NET I.ROOT-SERVERS.NET J.ROOT-SERVERS.NET K.ROOT-SERVERS.NET L.ROOT-SERVERS.NET M.ROOT-SERVERS.NET 198.41.0.4 128.9.0.107 192.33.4.12 128.8.10.90 192.203.230.10 192.5.5.241 192.112.36.4 128.63.2.53 192.36.148.17 198.41.0.10 193.0.14.129 198.32.64.12 202.12.27.33 BIND BIND BIND BIND BIND BIND BIND BIND BIND BIND BIND BIND BIND (UNIX) (UNIX) (UNIX) (UNIX) (UNIX) (UNIX) (UNIX) (UNIX) (UNIX) (UNIX) (UNIX) (UNIX) (UNIX) Namensauflösung • Die Namensauflösung wird logisch immer an der Wurzel des Baums gestartet, und arbeitet dann "abwärts”. • Die Namensauflösung wird durch einen DNS Client (DNS resolver), der in die Applikation eingebunden ist, initiiert. • Abfragen – gezielt an einzelne name server – rekursiv an das ganze DNS • Erhält ein Namens-Server eine Anfrage, prüft er, ob der Name in seinem eigenen Unterbaum liegt. Wenn ja, kann er die Anfrage beantworten, sonst kann er die Abfrage an den nächsthöheren Server oder einen root server weiterleiten. • Ein Abfrage-Klient (resolver) muss also nur die Adresse eines (bzw. "seines") Namens-Servers kennen (/etc/resolv.conf). Namensraum für inverse Abfragen root arpa edu com ch net in-addr 35 129 second level 192 ... ... ... 132 66 top level 42 42.66.132.129.in-addr.arpa Objekttypen in DNS Typ Bezeichnung Inhalt A Hostadresse 32-Bit IP-Adresse CNAME Kanonischer Name Domainname für ein Alias HINFO CPU und Betriebssystem Informationen über den Host MINFO E-Mail Information Informationen über Mailbox MX E-Mail Exchanger diese 16-Bit Präferenz und Name des Host, der für Domain als Mail-Server fungiert N Namens-Server Domain Name des verbindlichen Servers für diese PTR "Pointer" Domainname SOA Namensautorität der Mehrere Felder, die angeben, für welche Teile Namenshierarchie der Server zuständig ist TXT Beliebiger Text Nicht interpretierte ASCII-Zusatzinformation Simple Mail Transfer Protocol (SMTP) SMTP - Simple Mail Transfer Protocol R: 220 BBN-UNIX.ARPA Simple Mail Transfer Service Ready S: HELO USC-ISIF.ARPA R: 250 BBN-UNIX.ARPA S: MAIL FROM: <[email protected]> R: 250 OK S: RCPT TO: <[email protected]> R: 250 OK S: RCPT TO: <[email protected]> R: 550 No such user here S: RCPT TO: <[email protected]> R: 250 OK S: DATA R: 354 Start mail input; end with <CRLF>.<CRLF> S: Blah blah blah... S: ...etc. etc. etc. S: . R: 250 OK S: QUIT R: 221 BBN-UNIX.ARPA Service closing transmission channel RFC 822 Mail Header Return-Path: <[email protected]> Received: from mx9.bluewin.ch (172.21.1.119) by mssbzhh-int.msg.bluewin.ch (Bluewin AG 7.0.020) id 3F710B1C021302F6 for [email protected]; Wed, 22 Oct 2003 21:05:22 +0000 Received: from tik6.ethz.ch (129.132.119.136) by mx9.bluewin.ch (Bluewin AG 7.0.020) id 3F94F1B00008ACED for [email protected]; Wed, 22 Oct 2003 21:05:22 +0000 Received: from localhost (localhost [127.0.0.1]) by tik6.ethz.ch (Postfix) with ESMTP id E475B6AE2E for <[email protected]>; Wed, 22 Oct 2003 23:05:21 +0200 (MEST) Received: from komtpcbp (vpn-global-dhcp3-036.ethz.ch [129.132.210.36]) by tik6.ethz.ch (Postfix) with ESMTP id 6F99C6AE14 for <[email protected]>; Wed, 22 Oct 2003 23:05:21 +0200 (MEST) From: "Bernhard Plattner" <[email protected]> To: <[email protected]> Subject: test Date: Wed, 22 Oct 2003 23:05:21 +0200 Message-ID: <[email protected]> MIME-Version: 1.0 Content-Type: text/plain; charset="us-ascii" Content-Transfer-Encoding: 7bit X-Priority: 3 (Normal) X-MSMail-Priority: Normal X-Mailer: Microsoft Outlook, Build 10.0.2627 X-MimeOLE: Produced By Microsoft MimeOLE V6.00.2800.1165 Importance: Normal X-Virus-Scanned: by AMaViS new-20020517 Firewalls Firewalls: Zwei Varianten Internet Firewall 1 Protecte d internal network Firewall 2 DD NN public SS servers Variant 1 (DMZ – „de-militarized zone“) Firewall Ruleset 1 Ruleset 2 Internet DD NN public SS servers (DMZ – „de-militarized zone“) Protected internal network Variant 2 How packets traverse the kernel Destinatio n NAT PreRouting Routing Forward Chain Destinatio n NAT PostRouting Drop Input Chain Drop Local Process Output Chain Drop
