Internet layer/IP

Internet layer/IP
Der Internet Layer
Internet Protocol (IP)
Internet Control Message Protocol (ICMP)
Routing Information Protocol (RIP)
Open Shortest Path First Protocol (OSPF)
Address Resolution Protocol (ARP)
Reverse Address Resolution Protocol (RARP)
Georges Awad
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Internet layer/IP
IP Internet Protocol
! IP ist
"#auf der Vermittlungsschicht angesiedelt.
"#verbindungslos; (falsche Reihenfolge, Verlust,
Duplizierung der Datenpakete möglicht)
" Es leitet Datenpakete über verschiedene Netze weiter,
bis sie beim Zielrechner ankommen.
" Dazu ist eine einheitliche und weltweit eindeutige
Adressierung notwendig!
Georges Awad
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Internet layer/IP
IP Internet Protocol
! IP ist
" auf der Vermittlungsschicht angesiedelt.
" verbindungslos; (falsche Reihenfolge, Verlust,
Duplizierung der Datenpakete möglich).
" Es leitet Datenpakete über verschiedene Netze weiter,
bis sie beim Zielrechner ankommen.
" Dazu ist eine einheitliche und weltweit eindeutige
Adressierung notwendig!
" Diese Adressierung muß:
1. unabhängig von irgendwelcher physikalischen
Hardwareadressierung sein.
2. strukturiert sein (d.h. aus der Adresse muß z.B. das
Land, die Stadt, die Organisation bzw. Der Benutzer
zu entnehmen sein. Ähnlich einer Telefonnummer).
Georges Awad
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IP stellt die Endsystemverbindung zwischen Partnerrechnern her.
IP ist ein ungesicherter Dienst. Pakete können verlorengehen, mehrfach
zugestellt werden, einander überholen. Auch die Integrität der Nutzdaten wird
nicht überprüft.
Internet layer/IP
Die Hauptaufgabe des Internet Protokolls ist das Adressieren von Rechnern
und das Fragmentieren von Paketen der darüberliegenden Schicht.
Selbst die Korrektheit der Quelladresse ist nicht garantiert. Eine
Authentifikation muss auf höheren Schichten stattfinden.
Damit IP auf verschiedene Subnetze aufsetzen kann müssen diese IPAdressen auf die Hardware adressen abgebildet sein!
Da IP verbindungslos ist und damit unsicher sorgt die daraufliegende Schicht,
die Transportschicht TCP für die Erkennung und Behebung dieser Probleme.
Georges Awad
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Anwendung
Transport
B
Protokoll
Anwendung
Protokoll
Transport
Internet
Internet
Subnetz
Internet layer/IP
A
Subnetz
Internet
Subnetz
Subnetz
Router
Georges Awad
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Internet layer/IP
Adressierung eines Kommunikationspartners in
der TCP/IP-Familie
" Wenn Daten geroutet werden, müssen sie:
1. zu einem bestimmten Netzwerk
2. zu einem bestimmten Host in diesem Netzwerk
3. zu einem bestimmten Anwender oder Prozeß auf
diesem Host geliefert werden.
Anwendung
Anwendung
Host B
Host A
Netz 1
R
Netz 2
" Für 1 und 2 werden IP-Adressen,
für die Adressierung von Anwendungen (Punkt 3) Portnummern verwendet.
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Der IP-Kopf hat
Georges Awad
einen festen Teil mit 20 Bytes und
einen optionalen Teil von variabler Länge.
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IP-Paketformat
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ICMP =1, EGP =8, TCP =6
UDP 17, ISO-TP4 =29 usw.
Type of Service
(Vorrang, Verzögerung,...)
Version
0
8
4
16
Kopflänge
TOS
Gesamtlänge in Bytes
Datagramm-Nummer
Time To Live
Zähler für
Lebensdauer
Altersgrenze
ist = 0
31 Bit
0
D
F
M
F
Protokoll
Internet Quell-Adresse
Fragment Offset
x 8Bytes
Kopf-Prüfsumme
(System- und Netzadresse des Senders)
Internet Ziel-Adresse (System- und Netzadresse des Empfängers)
Optionen
Köpfe höherer Protokolle und
Georges Awad
Füllzeichen
D A T E N
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" Version:
Das Feld Version hält fest, zu welcher Protokollversion das
Datagramm gehört.
" Kopflänge:
Da die Länge des IP-Kopfes nicht konstant ist, wird in diesem
Feld seine aktuelle Länge in 32-Bit-Worten angegeben. Der
Minimalwert beträgt 5 Worte (=20 Bytes).
" TOS (Type Of Service):
" Gesamtlänge:
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IP-Kopf
In diesem Feld enthält das Datagramm
Routinghinweise auf das gewünschte Optimierungskriterium (z.B. Verzögerung, Bandbreite,
Fehlerrate) und Routingvorschriften wie Vorrang,
Sicherheitsstufen und Wegvorgaben.
Dieses Feld enthält die Gesamtlänge des Datagramms
(IP-Kopf und Daten-Feld). Sie darf maximal 65536 Bytes
(64 KByte) betragen.
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IP-Kopf
IP-Kopf Fragment
Georges Awad
Internet layer/IP
" Datagramm-Nummer: Sollte das Datagramm unterwegs zur Zielstation
fragmentiert (bei ISO: segmentiert) werden,
so kann die Zielstation durch die Angabe der DatagrammNummer die Fragmente einem Datagramm zuordnen.
Alle Fragmente eines Datagramms enthalten die gleiche
Datagramm-Nummer.
Daten
IP-Kopf Fragment
IP-Kopf Fragment
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! Sehr lange Nachrichten monopolisieren die Verwendung von gemeinsam
genutzten Ressourcen, besonders eines gemeinsam genutztes
Übertragungsmediums, so dass sich die Zugriffsverzögerung für andere
Benutzer erhöht.
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Notwendigkeit der Segmentierung von Nachrichten
! Ein Paket kann auf seinem Weg vom Sender zum Empfänger unter
Umständen mehrere unterschiedliche Netzwerke mit unterschiedlichen
Maximal-Paketgrößen durchlaufen
(z.B. bei X.25 darf ein Paket nicht größer sein als 128 Bytes, während ein
Ethernet-Paket bis zu 1526 Bytes transportieren kann).
! Wenn die Fehlerrate hoch ist, kann eine verbesserte Nutzleistung mit
kürzeren Nachrichten erreicht werden.
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Fragment Offset: gibt die Lage der Fragmentdaten relativ zum
Anfang des Datenblocks im ursprünglichen Datagramm an.
" Time To Live:
In diesem Feld schützt sich das Protokoll durch
Datagrammalterung.
" Protokoll:
Das Protokoll-Feld sagt aus, zu welchem der
verschiedenen Transportprotokolle (TCP, UDP, ISO-TP4
usw.) das Datagramm gehört.
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" Fragmentierungsfelder (ein unbenutztes Bit, DF, MF, Fragment Offset):
" Kopf-Prüfsumme: verifiziert nur den IP-Kopf. (IP-Kopf kann in einem Router
(z.B. durch eine Fragmentierung) geändert werden).
Georges Awad
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Zusatzhinweise für Router und Zielsystem.
Beispiele:
Source Routing (feste Wegevorgabe): Hier kann eine Liste
von Internet-Adressen hinterlegt werden, durch die dieses
Datagramm hindurchlaufen soll.
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" Optionen:
Record Routing (Routenmitschnitt): Die Knoten, die dieses
Datagramm durchläuft, werden angewiesen, ihre InternetAdresse zu hinterlegen. Damit läßt sich ermitteln, welche
Route dieses Datagramm genommen hat.
Timestamp (Zeitstempel): Hier kann die Uhrzeit des Durchlaufs durch den Knoten hinterlegt werden, damit sich z.B.
Verzögerungen auf Teilstrecken messen lassen.
Weitere Optionen wie bestimmte Sicherheitsstufen und
besondere Routenqualitäten wie geringe Verzögerung,
niedrige Kosten, niedrige Bitfehlerrate u.a.m. sind ebenfalls
möglich.
Georges Awad
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Anwendungsschicht
SMTP
(25)
FTP
(21)
Telnet ......
(23)
()
SNMP TFTP ....
(161)
(69) ()
UDP
(6)
(17)
ICMP
(1)
IP
(0800)
RARP
(8035)
TCP/IPProtokollfamilie
TCP
ARP
(8086)
Netzwerk-Schicht
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"
IP-Adressen sind 32 Bit lang und hierarchisch aufgebaut:
Sie bestehen aus
Netzwerk-identifier (Netzkennung) und
Host-identifier (Rechnerkennung).
1.Byte
2.Byte
3.Byte
Internet layer/IP
IP-Adressen
4.Byte
Der besseren Lesbarkeit halber fasst man jeweils ein
Oktett zu einer Dezimalzahl zusammen.
Beispiel:
11000000 10101000 00010110 00101111 wird zu
192
.
168 .
22
.
47
Georges Awad
15
IP-Adressen werden in 5 Klassen aufgeteilt, von denen nur 3
von Bedeutung sind:
126 Netzwerke mit ca. 17 Mio. Hosts
Class A
0 7 Bit Net
24 Bit Host
Internet layer/IP
"
1 . 0 . 0 . 0 - 126 . 0 . 0 . 0
16.000 Netzwerke mit ca. 65.000 Hosts
Class B
10
14 Bit Net
16 Bit Host
128 . 1 . 0 . 0 - 191 .254 . 0 . 0
Ca. 2 Mio Netzwerke mit je 254 Hosts
Class C
110
21 Bit Net
8 Bit Host
192 . 0 . 1 . 0 - 223 . 255 . 254 . 0
Georges Awad
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" Zur besseren Ausnutzung des IP-Adreßraums wurde die
Möglichkeit geschaffen IP-Teilnetze (Subnetze) zu bestimmen.
" Aus der 2-stufigen-Adressierung wird eine 3-stufige
gemacht.
IP-Adresse ohne Subnetting:
IP-Adresse mit Subnetting:
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Subnetting und Netzmasken
Netzwerk-ID + Host-ID
Netzwerk-ID + Teilnetz-ID + Host-ID
" Diese Aufteilung wird durch Netzmasken festgelegt und ist
nur Netzintern von Bedeutung.
" Eine (für das Netz einheitliche) Netzmaske legt fest, welche
Bits das Subnetz (Angabe „1“ in der Netzmaske) und
welche den Host-Anteil (Angabe „0“) bezeichnen
" RFC 950 enthält eine Konvention zur Aufteilung der Host-Id
zur Unterstützung des Routing in Subnetzen.
Georges Awad
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Wie sieht die Subnetzmaske aus, wenn ein IP-Netz der Klasse B in 25
Teilnetze bis zu 2000 Rechner angeschlossen werden können?
25 Teilnetze:
2000 Rechner:
5 Bits
11 Bits
Internet layer/IP
Beispiel:
d.h. Aufteilung der 16 Bits Rechnerkennung auf 5 Bits Teilnetz und 11
Bits Rechnerkennung:
Netzmaske binär:
dezimal:
Georges Awad
11111111.11111111.11111000.00000000
255
. 255
. 248 . 0
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Klasse A
Klasse B
Klasse C
255.0.0.0
255.255.0.0
255.255.255.0
Internet layer/IP
"# Standard Subnetzmasken für
Weiterleiten von Paketen an das richtige
Ziel
Damit die SW feststellen kann, auf welchem Teilnetzwerk
sich das Ziel befindet, muß sie lediglich über IP-Adresse
und Subnetzmaske verfügen.
Georges Awad
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Class B Network mit Subnetz
Die dazu verwendete Subnet-Mask lautet: 255.255.255.0
Georges Awad
Internet layer/IP
Beispiel:
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Um zu wissen, ob Rechner C im gleichen Subnet ist (und er das Paket gleich
direkt senden kann) oder ob Rechner C in einem anderen Subnet ist (und er
das Paket an den Router senden muss) vergleicht er seine Subnet-Adresse
mit der Subnet-Adresse von Rechner C.
Internet layer/IP
Rechner A will ein IP-Paket an Rechner C senden:
Seine eigene Subnet-Adresse erhält er durch eine logische UNDVerknüpfung seiner IP-Adresse mit seiner Netzmaske:
UND
=
Georges Awad
10101100 00010000 01001011 00010110
172. 16. 75. 22
11111111 11111111 11111111 00000000
255.255.255. 0
10101100 00010000 01001011 00000000
172. 16. 75. 00
21
UND
10101100 00010000 01001100 00101011
172. 16. 76. 43
11111111 11111111 11111111 00000000
255.255.255. 0
= 10101100 00010000 01001100 00000000
Internet layer/IP
Nun prüft er, ob der Empfänger-Rechner im gleichen Subnet ist. Das
Vorgehen ist gleich wie vorher:
172. 16. 76. 00
Ist 172.16.75.00 gleich 172.16.76.00? Nein.
Also sendet Rechner A sein IP-Paket an den Router.
Der Router prüft nun wiederum anhand der Netzmaske nach
obigem Vorgehen, an welches Subnet er das Paket senden muss.
Note:
Georges Awad
Netzwerk-ID ist der Bereich der IP-Adresse, der in der
Netzmaske dem Bitwert 1 entspricht.
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1. Anzahl benötigter Teilnetze definieren
(zukünftiges Wachstum berücksichtigen)
2. Anzahl benötigter Hosts pro Teilnetz definieren
Internet layer/IP
Subnetting – Erstellen von Teilnetzen
Für folgende Komponenten ist eine Host-ID erforderlich:
✔ Für jede TCP/IP-Computer-Netzschnittstellenkarte
✔ Für jede TCP/IP-Drucker-Netzschnittstellenkarte
✔ Für jede Router-schnittstelle in allen Teilnetzen (Router mit 2
Teilnetzen ➜ 2 Host-ID und darum auch 2 IP-Adressen).
3. Subnet Mask definieren
Zu beachten:
Ausschließliche Null-Adressen sind für die Adressierung eines Netzwerks
und ausschließliche Einser-Adressen sind für Broadcasts reserviert.
4. Adressen der Teilnetzwerke (Teilnetzwerk-IDs) definieren
5. Host-Ids definieren und den Hosts IP-Adressen zuordnen.
Georges Awad
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" IP-Protokoll läuft in jedem Rechner, ob Host oder Router, in
derselben Weise ab.
" Situationen beim Weiterleiten eines Pakets:
" IP-Zieladresse = eine der eigenen Adressen?
Weiterreichen an eine höhere Schicht.
Internet layer/IP
IP-Vermittlung
" IP-Zieladresse = Adresse eines Rechners von einem
direkt angeschlossenen Netz?
Weiterleiten an Zielrechner.
" IP-Zieladresse = Adresse eines Rechners von einem
nicht direkt angeschlossenen Netz?
Weiterleiten an einen geeigneten IP-Router.
Für die Entscheidung, an welchen IP-Router ein Paket weitergeleitet
werden soll, wird in jeder IP-Protokollinstanz eine
Wegewahltabelle (Routing-tabelle) benutzt.
Georges Awad
24
Router
2.3
3.3
2.1
Netz 2
6.1
3.1
2.2
Internet layer/IP
2.4
Netz 3
1.1
6.3
1.2
Netz 6
3.2
1.4
Netz 1
5.2
4.1
1.3
6.2
5.4
Netz 5
Netz 4
4.2
5.1
4.3
Georges Awad
5.3
25
Zielnetz
Netz 2
Netz 5
Netz 6
nächster IP-Router
3.1
4.2
3.1
Internet layer/IP
Beispiele:
IP-Router mit den Adresse 1.4, 3.2, 4.1 (s. Bild), benötigt folgende Informationen:
! eigene Adressen: 1.4, 3.2, 4.1
! lokal angeschlossene Netze: 1, 3, 4
! Routingtabelle:
Station 1.1 benötigt folgende Informationen:
! eigene Adresse: 1.1
! lokal angeschlossenes Netz: 1
! Routingtabelle:
Zielnetz
alle
nächster IP-Router
(Standardrouter)
1.4
Routingtabellen geben an, welches der „beste“ Weg zu einem Zielnetz ist und
werden ständig auf dem aktuellen Stand gehalten, indem die IP-Protokollinstanzen
Informationen austauschen und die Tabellen neu berechnen.
Georges Awad
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