Adressierung Fragmentierung und Reassemblierung

Adressierung
Identifizierung über
Fragmentierung und Reassemblierung
Namen, Adressen und Wege
"The name of a resource indicates WHAT we seek,
an address indicates WHERE it is, and
a route tells HOW TO GET THERE."
[Shoch 78]
unterschiedliche Paketgrößen in den Subnetzen erfordern ggf.
Fragmentierung und Reassemblierung
Transparente Fragmentierung
Ziele :
Globales Adressierungskonzept für ES
Einfache Vergabe von Adressen
Adresse unabhängig von
Lage des Quell- und Ziel-ES
Art und Topologie der Subnetze
G1 zerlegt zu
große Pakete
G2 reassembliert
G3 zerlegt
erneut
Adressierungsstandards
X.121 Adressierung
durch CCITT/ITU genormt
für öffentliche Daten-Netze, u.a von X.25 benutzt
OSI Adressierung
verwendet hierarchische Adressierung
Adressen können als nur lokal geltend vereinbart werden
Internet Adressierung
verwendet flache/globale Adressierung
Adressen gelten global
siehe Adressierung im Internet Protokoll IP
G4 setzt
wieder zusammen
Nicht-transparente Segmentierung
G1 zerlegt zu
große Pakete
Die fragmentierten Pakete werden erst beim
Empfänger = Host wieder zusammengesetzt
X.25
Beispiel für verbindungsorientiertes Protokoll
Paketdienst in öffentlichen Netzen
Eigenschaften von X.25
komplexes Management, viele Handshakes
nicht geeignet für hohe Datenraten
mehrere Kommunikationsmechanismen, u.a.
a) Permanent virtual circuit (PVC)
kein Verbindungsaufbau und -Abbau
analog Standleitung
b) (Switched) virtual call (VC)
3-phasige Interaktion
analog Wählverbindung
DTE:
DCE:
DSE:
Data Terminal Equipment (User Equipment) = Endsystem ES
Data Circuit-Terminating Equipment (Network Node oder
Packet Exchange)
Data Switching Exchange = Intermediate System = IS
Definiert die Schichten 1 bis 3 im ISO/OSI-Referenzmodell
Anwendung in Datex-P und ISDN
Schicht 1:
Schicht 2:
Schicht 3:
X.21
LAPB (ISDN) oder HDLC (Datex-P)
X.25 PLP (Packet Layer Protocol)
nur Interface zwischen DTE und DCE
keine Wegewahl, aber Segmentierung + Flußsteuerung
DATEX-P
Einige Daten
Ursprung war das ARPANET
X.25 basiertes Paketdatenübertragungsnetz der Telekom AG
ca. 90.000 Teilnehmer (1995)
1-stufige Hierarchie, 132 Orte mit Vermittlungsstellen
Verbindungsdauer im Durchschnitt 300 s
Verbindungsaufbauzeit ca. 500 ms
300 Bit/s ... 64 kBit/s, preisabhängig
Träger für weitere Anwendungsdienste, z.B.
T-Online:
DATEX L:
Internet: Ursprung und Entwicklung
mit MODEM über Telefonnetz
Standleitungsnetz mit ca. 10000 Teilnehmern (1995)
gestartet 1969 und finanziert durch ARPA (Advanced Research Projects
Agency des U.S. Department of Defense (DoD), heute DARPA)
Zweck:
zunächst:
dann:
ein gegen Atomkrieg robustes Netz
Verbindung wissenschaftlicher und militärischer
Einrichtungen
Entwicklung:
Normung von Protokollen für Kommunikation zwischen
Netzwerken, z.B. 1983 TCP/IP
langjährige Erprobung
Aufbau und Anbindung
militärischer Subnetze (z.B. MILNET)
von Satellitennetzen
Anbindung der LANs von Universitäten und Behörden
Berkeley Unix BSD verwendet TCP/IP weite Verbreitung
1990 wird ARPANET durch Internet als den Sammelbegriff für
verbundene Netze ersetzt
Stand
>10 Mio. angeschlossene Rechner
Dienste: Email, ftp, Remote Login, WWW, Usenet, ...
Internet: Aufbau und Struktur
Subnetze im Internet
1983 Gründung des IAB (Internet Architecture Board) zur
Einbindung der Wissenschaftler ins damalige ARPANET
heute oberstes Gremium im Internet
beaufsichtigt/benennt IETF (Internet Engineering Taskforce) als
technisches Leitungsgremium
diese arbeitet in einer Vielzahl von working groups
1992 Gründung der Internet Society zur Verbreitung der Internet
Techniken und -Dienste
Festlegung der Standards als Empfehlung in RFCs (Request for
Comments)
Heutige Aufgaben im INTERNET
Verbindung unterschiedlicher Netze über Gateways
Definition von Protokollen, die auf allen Subnetzen arbeiten
Festlegung einer einheitlichen Adressierung und des zugehörigen
globalen Routings
Ethernet LANs
- hauptsächlich große Campus-Netze
LAN-Ringe
- hauptsächlich kleinere/experimentelle Netze
Arpanet
- teilweise verbundenes Netzwerk mittels gemieteter Leitungen mit
speziellen Protokollen
NSFNet (National Science Foundation Network)
- Backbone aus gemieteten Hochgeschwindigkeits-leitungen, die die
NSF Supercomputer untereinander und mit regio-nalen Netzwerken und
Campus-Netzen verbinden
CSNET (X.25 NET)
- Öffentliches Paketvermittlungs-Netzwerk mit X.25
Internetprotokolle
Übersicht
Internet Protokoll (IP)
Beispiel für verbindungsloses Protokoll über Datagramme
Datagrammformat
Transportschicht
Vermittlungsschicht
Sicherungsschicht
Bitübertragungsschicht
SMTP
Simple Mail Transfer Protocol
FTP
File Transfer Protocol
TELNET
Remote Login Protocol
UDP
User Datagram Protocol
NFS
Network File System
TCP
Transmission Control Protocol
IP
Internet Protocol
ICMP
Internet Control Message Protocol
ARP
Address Resolution Protocol
Unterschied zum ISO/OSI-Modell
ISO-OSI Darstellungs- und Kommunikationssteuerungs-Ebene
(presentation und session layer) nicht vorhanden
Sicherungs- und Bitübertragungsebene fallen in einer Schicht zusammen
Version
Protokollversion
z. Zt. IP v.4
zukünftig IP v.6
Length
Länge des Headers (in 32 Bit Worten), min. 4, max. 60 Bytes
Type of Service
gedacht als simpler Quality of Service Indikator
enthält z.B. Prioritäts- und Kanalwunsch-Information
de facto durch Router ignoriert
Total length
Gesamtlänge incl. Daten, max. 65.535 Byte, meist ca. 1500 Byte
Internet Protokoll (IP), Fortsetzung
Internet Control Message Protocol (ICMP)
Time to live
Lebensdauer in Sekunden, max. 255 s, bei 0: Paket vernichten
in Praxis: zählt die Hops durch Dekrementieren
bei Unix oft auf 15-30 gesetzt, zu kleiner Wert Ziel
unerreichbar
spezielles IP-Datagramm für Steuerungs- und Fehlermeldungen, oft an
den Sender des diese Kontrollnachricht auslösenden Datagramms
gerichtet
Protocol
Typ des sendenden (und damit auch empfangenden) höheren
Protokolls, z.B. 1 = ICMP, 4 = IP, 6 = TCP
Format des Datenfeldes des Datagramms :
Header checksum (HCS)
enthält Einerkomplement der mod 216 Summation der HeaderWorte außer HCS
mod 216 Summation der Header-Worte incl. HCS ergibt bei
Fehlerfreiheit Null
in jedem Knoten wegen verändertem ‘Time to live’ Feld neu zu
berechnen
Beachte: IP Datagramm enthält keine Datenprüfsumme, diese
müssen vom höheren Protokoll und damit erst beim Empfänger
verifiziert werden
Source/destination address
jeweils 32 Bit des Senders (für Routingalgorithmus erforderlich !)
und Empfängers
Padding
auffüllen auf Wortgrenze
definiert durch Wert 1 im Protocol-Feld des Datagramm-Headers
IP-Datagramm Header
Type und Code definieren
Art der ICMP-Nachricht, z.B.
Ziel nicht erreichbar
Echo Anforderung (z.B. für Ping-Programm)
Echo Antwort (Antwort auf Ping)
Überlauf-Mitteilung an Quelle, ergibt Flußkontrolle
Lebenszeit abgelaufen
Internet Adressen
Lokale Subnetze durch Subnetz-Maske
Globales Adressierungskonzept für ES (und IS) im Internet
Problem
lokale Netzstruktur entspricht i.a. nicht der zugeteilten Klasse, z.B.
können bei einer einem Land zugeteilten ‘Klasse A’ Adresse nicht alle
224 möglichen Hosts in einem Netz liegen
32 Bit Adresse (inzwischen zu wenig), Schreibweise a.b.c.d
jede Adresse ist weltweit eindeutig, keine Hierarchie
logische Aufteilung in 2 Paare:
(Sub-)Net-ID + ES-ID
je nach der Verteilung zwischen (Sub-)Netz- und Endsystemanteil
unterscheidet man verschiedene Netzwerkklassen
lokale Entscheidung zur Aufteilung des Host-Anteils in einen SubnetzTeil und Endsystem-Teil
Festlegung mittels einer Subnetz-Maske
1 Subnet-ID
0 Host-ID
Klasse A
Klasse B
Klasse C
Klasse D
A:
B:
C:
D:
max. # Netze
1.0.0.0 - 127.255.255.255
27
128.0.0.0 - 191.255.255.255
214
192.0.0.0 - 223.255.255.255
221
224.0.0.0 - 239.255.255.255 (Multicast)
Lösung
max. # Hosts
224
216
28
0.0.0.0 = Sonderfall
Broadcast-Adressen: (Konvention: 11...1 für Host-Id)
zwei Rechner können nur miteinander kommunizieren, wenn sie sich im
gleichen Netzwerk befinden, also gleiche Net-ID aufweisen
bei unterschiedlicher Net-ID muß Router (Rechner mit 2 IP-Adressen
und 2 Netzwerkschnittstellen) zwischen den Teilnetzen vermitteln
Vergabe der Adressen
Klassenzuweisung und Net-ID durch Nummernteilbereich
durch zentrales Network Information Center (NIC)
Endsystem
lokal, bei möglicher Subnetzbildung
Beispiele
Standard Subnetz-Maske einer ‘Klasse B’ Adresse ohne zusätzliche
Subnetze:
255.255.0.0
‘Klasse B’ Adresse mit max. 63 Subnetzen 6 Bit für Subnetz
Subnetz-Maske = 255.255.252.0
es ergibt sich eine Wegeleitung im Router mit 3 Hierarchiestufen
Paket zu anderem Netz ?
zu diesem Router
Paket zu lokalem ES ?
Paket abliefern
Paket zu anderem Subnetz ?
zu diesem Router weiterleiten
Adreßauflösung
Möglichkeiten der Adreßauflösung
Lokale Zielbestimmung
Host-Identifikation und Leitwegbestimmung innerhalb eines
Subnetzes basieren auf (lokalen) physischen Netzadressen der
Endsysteme (z.B. Stationsadresse der Adapterkarte)
Adreßauflösungen im
Quell-ES, wenn Ziel-ES lokal
Gateway, wenn Ziel-ES entfernt
Adreßauflösung
Umsetzung der 32 Bit Internet (IP) auf die physische Netzadresse,
meist 48 Bit, z.B. bei Ethernet-Karten
Lösungen:
direkte homogene Adressierung
Falls physische Adresse vom Benutzer wählbar, wählt man:
physische Adresse = Hostid der IP-Adresse
Adressierungsebenen im Überblick
Wenn die physische Adresse vorgegeben ist, oder ein anderes
Format haben muß, verwendet man
Konfigurationsdatenbank
Abbildungstabelle (IP-Adresse Hardware-Adresse),
z.B. im Gateway, oder
Address Resolution Protocol (ARP)
haupsächliche Anwendung in LANs mit Rundsende-Charakter
(z.B. Ethernet)
Address Resolution Protocol (ARP)
Subnetzübergreifendes ARP
Endsystem nicht direkt über Broadcast erreichbar
Beispiel:
E1 möchte nach E5 senden
1.
2.
3.
ARP request-Datagramm rundsenden
mit der physischen (HW) und der Internet-Adresse (IP)
des Senders und der Internet-Adresse des Empfängers
ARP response-Datagramm als Antwort mit physischer Adresse
Trage Paar (IP,HW) in den Cache ein für zukünftige Anfragen
ARP erhält keine Antwort, da Ethernet Broadcast nicht über Router
weitergeleitet wird
Lösung A: Proxy ARP
Lokaler Router kennt alle enfernten Netze mit deren Routern und
antwortet auf lokalen ARP
Lokales Endsystem E1 sendet Daten an E5 über lokalen Router, der die
enthaltene IP-Adresse auswertet
Lösung B: Entfernte Netz-Adresse bekannt
E1 sendet Daten an entsprechenden entfernten Router
Lokaler Router leitet Pakete weiter
Reverse Address Resolution Protocol (RARP)
Interne und externe IP-Leitwegbestimmung
Bestimmung der IP-Adresse aus der physischen Hardware-Adresse
(Anwendung beim Booten von Rechner ohne Festplatte übers LAN)
Direktes Routing / Interne Protokolle
Quell- und Ziel-ES liegen im gleichen Subnetz
Quell-ES sendet Datagramm zu Ziel-ES
Identifikation durch lokale Adresse Abbildung
Pfad wird vollständig durch Leitweg-Algorithmus des Subnetzes
RARP Server antwortet mit IP-Adresse auf RARP-Broadcast
bestimmt
Indirektes Routing / Externe Protokolle
Quell- und Ziel-ES liegen in unterschiedlichen Netzen
Quell-ES sendet Datagramm zum nächsten Router
Router bestimmt jeweils nächsten Router auf dem Pfad zum Ziel-ES
Routing-Entscheidung basiert nur auf NetId - Teil der IP-Adresse
IP-Leitwegbestimmung
Routing - Tabellen der Gateways (hier F, G und H)
Routing Tabelle des Gateways G
Zielhost im
Netzwerk.....
20.0.0.0
30.0.0.0
10.0.0.0
40.0.0.0
Ausgangspfad
liefere direkt
liefere direkt
20.0.0.5
30.0.0.7
Gateways können unvollständige Routing-Informationen haben, dann
gelten Default-Pfade