1. Aufgaben der Vermittlungsschicht Zwischen der Anwendungs

IP - Vermittlungsschicht
IP - Vermittlungsschicht
1. Aufgaben der Vermittlungsschicht
Zwischen der Anwendungs- und der Transportschicht einerseits und der
Netzzugangsschicht anderseits ist die Vermittlungsschicht (internet layer) angeordnet.
Diese Schicht ist für die Verfahren zuständig, die festgelegt sind, damit die zu
verschickenden Daten von einem Punkt zu einem zweiten Punkt gelangen:
– den „Paketaufkleber“, den Header, für den zu versendenden Inhalt, darin enthalten
– die Adresse des Absenders und
– die Adresse des Empfängers sowie selbstverständlich
– den Inhalt selbst, die eigentliche Sendung, die wiederum in
– Unterpakete aufgeteilt, fragmentiert, werden kann.
Weitergeleitet werden also
– der Header und
– der (eventuell fragmentierte) Inhalt,
die in einem Datagramm zusammengefasst werden.
Auf die Einzelsituation bezogen muss diese Schicht an einem Punkt des Netzes für
ein eingehendes Datagramm
– das nächste Zwischenziel ermitteln und
– das Paket dorthin leiten.
2. Datagramm
Dieses Verfahren ist heute (2008) einheitlich im Internet Protocol (IP) geregelt, das
auf der Version 4 mit der Spezifikation RFC 791 beruht. Für die Zukunft ist schon
die Version 6 festgelegt. Die Anwendung dieses Protokolls wird in den 2010er Jahren
erforderlich werden, doch kein großer Netzwerkbetreiber dieser Erde traut sich schon
heute die Umstellung zu, so dass sich alle großen erst einmal gegenseitig belauern, um
schließlich die Umstellung nicht zu verpassen (siehe auch weiter unten: IP-Adressen).
Der Aufbau des Datagramms der Version 4 ist folgendermaßen geregelt:
aus den Einzelfragmenten das ursprüngliche (Unter-)Paket zusammenzusetzen. Die
notwendigen Informationen dazu stehen unter Identifizierung, Flags und
Fragmentierungsabstand. Tritt irgendwo ein Fehler auf, zum Beispiel weil auf einer
Teilstrecke ein Unterpaket nicht erfolgreich durchgeleitet wird oder weil irgendwo die
Prüfsumme nicht stimmt, scheitert der gesamte Datentransport.
4. IP-Adressen
Modernes Leben ohne Identifikationszahlen ist undenkbar. Was nützt es den Behörden,
wenn ein Mensch Dagobert Emilius heißt, von seiner Umwelt aber Smilie Dago
genannt wird? Ein Bundesbürger als handelndes Subjekt reduziert sich bei seiner
Identifikation auf sein Geburtsdatum, seinen beim Einwohnermeldeamt geführten
Namen und die Adresse des ersten Wohnsitzes mit Straßennamen, Hausnummer
und Postleitzahl. Dieses kann schließlich mit einer Identifikationsnummer, zum
Beispiel der Nummer des Personalausweises und/oder dem maschinenlesbaren
Bereich (2 x 36 Zeichen auf der unteren Vorderseite des Ausweises) gelistet werden.
So nützt allein ein Servername wie Ultra_King dem Internet und seinem Protokoll gar
nichts.
Entscheidend für das Internet-Protokoll sind demgegenüber strukturell einheitlich
festgelegte und eindeutige Adressen, die IP-Adressen. Diese werden an alle
öffentlich operierenden Server, Router und andere Internet-Geräte auf der Ebene der
Kontinente zugeteilt (in Netzklassen mit unterschiedlich großen Kontingenten).
Router, die an mehrere Netze angeschlossen sind, haben in jedem Netz eine eigene
IP-Adresse. Viele Organisationen, die Netzklassen mit bis zu 16,8 Millionen
Adressen erhalten haben, nutzen diese nicht aus und geben überflüssige Adressen
nicht zurück. Weitere Einzelheiten dazu, auch zur Verwendung von IP-Adressen in
geschlossenen Netzwerken (mit Anfangszahlen 10, 172 und 192), können im Internet
leicht recherchiert werden.
Nach dem Internet-Protokoll 4 besteht die IP-Adresse aus vier Oktetts (Bytes) mit den
Werten von 0 bis 255, die durch Punkte (dots) getrennt werden. Sie hat eine Länge von
32 Bits. Für die Homepage des Deutschen Bundestages lautet die Adresse zum
Beispiel 217.79.215.140. Statt die Homepage unter „http://www.bundestag.de/“
aufzurufen, kann man es auch mit „217.79.215.140“ oder „http://217.79.215.140“
machen.
Mit dieser Definition stehen theoretisch 232, also 4.294.967.296 oder knapp 4,3
Milliarden IP-Adressen zur Verfügung. Zum Vergleich: im Juli 2008 rechnen
Demographen mit einer Weltbevölkerung von etwa 6,7 Milliarden Menschen.
Angesichts der oben beschriebenen Adressen-Praxis wird erwartet:
Eine Schätzung (...) geht davon aus, dass die IANA im Januar 2011 die letzten
IPv4 Netze an die Regional Internet Registries vergeben wird und dass diese
dann ca. ein Jahr später der Internetgemeinde keine Adressen mehr
bereitstellen werden. (Wikipedia, Ipv6)
Datagramm des Internet-Protokolls, Version 4 (eigene Grafik)
3. Fragmentierung
Da jedes Netzwerk eine sogenannte maximale Paketgröße besitzt (Maximum
Transfer Unit – MTU), muss an jedem Punkt die Größe des Datagramms dem
folgenden Netz angepasst werden. Das geschieht durch eine Aufteilung in
Unterpakete, Fragmentierung. Es kann durchaus sein, dass zwischendurch bei
kleinerer Leitungskapazität ein Unterpaket weiter fragmentiert werden muss. Die
einzelnen Fragmente eines (Unter-)Pakets können auf verschiedenen Wegen
weitergeleitet werden. Jeder Netzwerkknoten ist andererseits wiederum in der Lage,
Deshalb wurde im Internet-Protokoll Version 6 die Länge der IP-Adresse auf 128 Bit
erhöht, womit sich ein Adressenbestand von 3,4 ! 1038 ergeben wird.
Theodor Clostermann, 05/2008
Theodor Clostermann, 05/2008
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5. Transportweg: Netze, Waben und Knoten
Das Internet wurde aus Sicherheitsgründen von Anfang ja so aufgebaut, dass es ein
wabenförmiges Netz ist, bei dem der Weg von einem zum anderen Punkt variabel
verläuft.
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IP - Vermittlungsschicht
IP - Vermittlungsschicht
Netzbetreiber halten landesweite Netze vor, die ihren Servern bekannt sind. Die
Deutsche Telekom hat beispielsweise ihr großes Netz auf maximal sechs HierarchieStufen reduziert: 1. Teilnehmer, 2. Teilnehmervermittlungsstelle, 3.
Knotenvermittlungsstelle, 4. Hauptvermittlungsstelle, 5. Zentralvermittlungsstelle und
6. Auslandsvermittlungsstelle. Zwischen den Knotenstellen und der
Zentralvermittlungsstelle gibt es vielerlei Quer- und Abkürzungswege (vgl.
http://www.informatik.uni-hamburg.de/TKRN...).
National, international (vor allem innerhalb der Kontinente) und interkontinental gibt
es Internet-Knoten. Diese können unterteilt sein, sind dann aber durch
Hochgeschwindigkeitsleitungen miteinander verbunden.
In Deutschland gibt es 15 Internet-Knoten: Berlin (2x), Düsseldorf, Essen, Frankfurt
am Main (3x), Hamburg (3x), Leipzig, München, Münster, Nürnberg und Stuttgart.
Die – nach dem Datentransfer – international wichtigsten Internet-Knoten sind in:
Amsterdam (Niederlande), Frankfurt am Main (Deutschland), Washington (D.C.,
USA), London (Großbritannien), Tokio & Osaka (Japan), Stockholm (Schweden),
Madrid (Spanien), Tokio (Japan), Hongkong (VR China), Budapest (Ungarn), Seattle
(USA), New York (USA), Paris (Frankreich). (Informationsstand: 6. Mai 2008, über
Wikipedia, Internet-Knoten, sind auch die Statistiken des Datentransfers erreichbar.)
Die Netzverbindungen zwischen den Internet-Knoten, das Hauptgerüst bzw. Rückgrat
des nationalen und internationalen Datenverkehrs, wird auch Backbones genannt.
Quellen:
Seite 2/Kapitel 4: Wikipedia, Ipv6 = http://de.wikipedia.org/wiki/Ipv6, am 6. Mai 2008
Seite 3/Kapitel 5: http://www.informatik.uni-hamburg.de/TKRN... = http://www.informatik.unihamburg.de/TKRN/world/abro/T4/t4k06s06.pdf, vorletzte Doppelseite, am 6. Mai 2008
Seite 3/Kapitel 5: Wikipedia, Internet-Knoten = http://de.wikipedia.org/wiki/Internet-Knoten, am 6. Mai 2008
Seite 3/Kapitel 6: Wikipedia, Traceroute = http://de.wikipedia.org/wiki/Traceroute, am 6. Mai 2008
Stichworte für die Concept-Map:
!
IP-Protokoll
!
Fragmentierung
!
IP-Adressen
!
Routing
!
Forwarding
!
Transportwege
6. Routing und Forwarding
Beim Versand eines Paketes ergibt sich nun jedes Mal neu das Problem, dass für
jedes (Unter-)Paket ein geeigneter Weg gefunden werden muss.
Diese Aufgabe übernehmen unterwegs die Router. Diese haben Zugang
– zu den Domainnamen und ihren IP-Adressen, die die Versender benutzen. Sie
können auch über ein Zusatzprotokoll ermitteln,
– welche Server, Router oder andere Geräte zu einem Ring einer Internet-Wabe
gehören (erster Ring), und
– zu welchen weiteren Ringen ein solches Gerät des ersten Rings gehört (zweite
Ringe). Dieses Zusatzprotokoll wird nach festgelegten Regeln in IP-Pakete
eingebettet.
Da Router bei der großen Anzahl der zu bewältigenden Aufgaben und trotz des
übersichtlich strukturierten weltweiten Netzes die besten Wege aber nicht schnell
genug berechnen können, werden die besten – sowie Alternativen dazu – in
Routingtabellen gespeichert (einschließlich der benutzen Berechnungsvorgaben).
Für jedes weiterzusendende (Unter-)Paket bestimmt der Router dann nach den
Informationen der Routingtabelle, zu welcher Schnittstelle das Paket weitergeleitet
werden kann. Dieser Entscheidungsvorgang bei einem einzelnen Netzknoten, über
welchen seiner Nachbarn er ein (Unter-)Paket weiterleiten soll, wird als Forwarding
bezeichnet. Demgegenüber wird unter Routing die Bestimmung des Gesamtweges
durch das Netz verstanden.
Mit besonderer Software wie wireshark, webhopper oder mapulator
(googlemap/Java-Applet erforderlich) können die zurückgelegten Strecken und
benutzte Knoten allgemein oder detailliert dokumentiert werden. Letzteres kann auch
bei Wikipedia, Traceroute, an Beispielen studiert werden.
Theodor Clostermann, 05/2008
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