Bestandteile der TCP/IP

Das TCP/IP-Modell
OSI-Modell
Application Level
Transmission Level
Virtual
Terminal
Electronic
Mail
Transmission Contol Protocol (TCP)
Internet Level
Network Level
File
Transfer
Name
Server
NFS
YP
User Datagram Protocol (UDP)
Internet Protocol (IP)
Internet Control Message Protocol (ICMP), ARP, RARP
ARPANET
Rechnernetze: Kap. 6, IP-Protokoll
Satelliten
Netzwerk
08.04.17
X.25
Ethernet
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Token Ring
Schicht 5-7
Schicht 4
Schicht 3
Schicht 1/2
Kommunikationsprotokolle (Glossary)
Bestandteile der TCP/IP-Protokollfamilie
 IP (Internet Protocol): Dieses Protokoll ist eine Sammlung von
Programmroutinen, auf die das TCP-Protokoll und andere Protokolle
zugreifen. IP überträgt die TCP-Datenpakete als eigenständige,
voneinander unabhängige Datagramme. Es arbeitet verbindungslos und
unzuverlässig. Verbindungslos bedeutet, daß zwischen Sender und Empfäger
keine Vereinbarung über eine Sendung getroffen wird. Es existiert keine
Fehlerkontrolle. Sendefolge und Empfangsfolge können unterschiedlich sein.
 TCP (Transmission Control Potocol): Dieses Protokoll ist eine Sammlung
von Programmroutinen, auf die diejenigen Anwendungen zugreifen, die eine
zuverlässige verbindungsorientierte Kommunikation zwischen entfernten
Rechnern benötigen. Es wird eine virtuelle duplexfähige Ende-zu-EndeVerbindung zwischen einem Quell- und einem Zielrechner aufgebaut.
 Abstimmung über die Länge der TCP-Frames
 Segmentierung der zu sendenden Dateien
 Sicherung der Reihenfolge der TCP-Frames durch Sequenznummern
 Sicherheit der Übertagung durch wiederholte Übertragung
 UDP (User Datagramm Protocol): Das ist ein Protokoll für die
verbindungslose Kommunikation zwischen zwei entfernten
Anwenderprozessen. Im Gegensatz zu TCP ist UDP verbindungslos und nicht
zuverlässig. UDP gibt keine Garantie für die korrekte Übermittlung von
Datenblöcken. UDP wird vorwiegend im Netzmanagement verwendet.
 APR (Address Resolution Protocol): Dieses Protokoll unterstützt die
Adressierung und hat die Aufgabe, für jede angegebene logische InternetAdresse ihre zugeordnete MAC-Adresse zu ermitteln.
 RARP (Reverse Address Resolution Protocol): Dieses Protokoll unterstützt
ebenfalls die Adressierung und stellt das Gegenstück zu APR dar. Es hat die
Aufgabe, für eine MAC-Adresse ihre entsprechende Internet-Adresse zu
ermitteln.
 ICMP (Internet Control Message Protocol): Dieses Protokoll dient der
Übertragung von Fehlermeldungen und Steuerinformationen
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Internet-Adressklassen
1
8
0
1
Netz-ID
0
24
1
0
1
1
1
1
1
Klasse A
Host-ID
Netz-ID
0
1
32
Host-ID
Netz-ID
1
1
16
Host-ID
Host-Gruppe (Multicast)
0
reserviert zur späteren Verwendung
Klasse B
Klasse C
Klasse D
Klasse E
Beispiele für IP-Adressen:
Klasse A:
00001010 . 00000000 . 00000000 . 00100000 = 10 . 0 . 0 . 64
Netz
z. B. IBM, Compaq
Klasse B:
10001011 . 00011110 . 00000111 . 10010010 = 139 . 30 . 7 . 146
Netz
z. B. Uni Rostock
Klasse C:
11000000 . 00001001 . 10010100 . 10000000 = 192 . 9 . 148 . 128
Netz
Aufbau eines IP-Paketes
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0
16
Version
des IP
Header
Length
31
TOS
Total Length
Länge des IP-Paketes
Identification
Kennzeichnung einer Datei
Flags
0 DF
Time to live
Protocol der
höheren
Schicht
Fragment
Offset
MF
Checksum
CRC-Kontrolle im TCP
Source-IP-Address (4 Byte)
Destination-IP-Address (4 Byte)
Option
für Zeitmarken, Routing, Management
Padding
TCP-Header
Nutzdaten
.........................
Beispiele für Protokollnummern:
6 - TCP
17 - UDP
89 - OSPF Open Shortest Path First
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Fragmentierung eines IP-Paketes
ID=
43
MF=
0
FA=
0
TCP + Nutzdaten
IP-Header 20 Byte
ID=
43
250 Byte
MF=
1
FA=
0
IP-Header 20 Byte
Fragment
104 Byte
ID=
43
MF=
1
FA=
13
Fragment
IP-Header 20 Byte
104 Byte
ID=
43
MF=
0
IP-Header 20 Byte
FA=
26
Fragment
42 Byte
FA - Fragment-Abstand
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Bildung von Subnets
Motive für die Bildung von Subnets
Jedes an das Internet angeschlossene lokale Netzwerk braucht eine IPAdresse. (IP-Netzwerknummer) Die Adreßklasse legt die Anzahl der
adressierbaren Netzkomponenten fest. Hinweis auf Adeßklassen.
Bereits kleine Institutionen unterhalten häufig mehrere Netze. Die
Gründe sind
 Einsatz unterschiedlicher Netztechnologien
 Beschränkungen der lokalen Netze auf Grund der Kabellängen,
Anzahl der angeschlossenen Stationen, organisatorische
Strukturierung usw.
 Reformance-Optimierung
Die einmal eingeführte Adressierungsmethode von IP kann nur mit
gr0ßem Aufwand fundamental verändert werden. Außerdem kann
man an einer Vergrößerung der Zahl der Adressen der Netze nicht
interessiert sein, da sonst die Zahl der Eintragungen in den Routern
(Routertabellen) vergrößert werden muß.
In der Zukunft (ab 2004) ist eine Erweiterung des IP-Adreßraums
jedoch unumgänglich. Mit der IP-Version V.6 sind die Vorarbeiten
bereits abgeschlossen. Die Adresse besteht dabei aus 16 Byte.
Durch die Methode der Subnet-Bildung wird eine Ergänzung
eingeführt, die den Aufbau des IP-Frames nicht ändert. (RFC 950).
Als zusätzliches Ordnungsmerkmal wird die Subnet – Nummer
eingeführt. Jedem Subnetz wird eine Subnet-Maske zugeteilt.
Organisation und Vergabe obliegt ausschließlich der Empfängerseite
d. h. sie werden lokal vergeben und werden damit nicht mit den IPFrames transpotiert.
Die Subnet-Maske dient dazu, eine IP-Adresse in verschiedene
Komponenten zu zerlegen, um die Subnet und die Hostnummern zu
gewinnen.
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Bildung der Hostnummer: Komplementbildung der Subnet-Maske.
Damit stehen alle Bits auf 1, die zur Host-Nummer gehören. Der
entstehende Wert wird nun mit der gegebenen IP-Adresse durch eine
AND- Operation ermittelt.
Hostnummer = IP-Adresse AND Not(Subnet-Maske)
Netzwerknummer: Sie ist durch eine AND-Operation der gegebenen
IP-Adresse und der Subnet-Maske zu erhalten
Netzwerknummer = IP-Adresse AND Subnet-Maske
Die Subnet-Maske wird binär definiert, jedoch in der Regel als
dezimale Zahlenfolge in der IP-Notierung angegeben. Z. B.
255.255.255.192 wenn die Host-Nummer in den untersten 6 Bit steht.
Beispiele:
1. Gegeben ist eine ist Class-C-Adresse: Sie soll für 6 lokale Netze
genutzt werden. Wie ist die Netzmaske? Wieviel Hosts können in den
einzelnen Teilnetzen an geschlossen werden?
2. Gegeben ist eine Class-B-Adresse (z. B. 220.40.132.24): Es sollen
300 lokale Netze gebildet werden. Schlagen Sie eine Netzmaske vor.
Was bewirkt die Netzmaske 255.255.255.240?
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ICMP (Internet Control Message Protocol)
ICMP ist ein Protokoll, daß Router und Hosts untereinander verwenden, um
sich z. B. über Betriebsstörungen bei der Weitergabe von IP-Frames zu
informieren. Wenn ein Frame zwischen zwei Routern verlorengeht, so ist das
„Schicksal“. Geht ein Frame dagegen verloren, weil ein Router ein Frame aus
Gründen der Überlastung nicht zu einem anderen Router geben kann, so ist es
sinnvoll, die Umgebung darüber zu informieren, um rechzeitig andere
Routewege einstellen zu können. ICMP ist in Schicht 3 angesiedelt.
Das Schichtenmodell der Internetwelt
FTP Telnet WWW
TCP
SNMP
UDP
ICPM IP IGMP
ARP RARP BOOTP
Bitübertragung
 Flußkontrolle: Wenn ein Router oder Zielrechner den eingehenden Strom
von Datagrammen nicht bearbeiten kann, sendet er an den Absender eine
ICMP-Meldung (Meldung 4), die den Absender damit auffordert die sendung
vorübergehend einzustellen.
 Erkennen unerreichbarer Ziele: Wenn ein Ziel nicht erreichbar ist, so
sendet das System, das dieses merkt eine Nachricht an den
Absender.(Meldung 3)
 Änderungen des Routing: Ein Router schickt eine Route-Redirect-Meldung,
um einem Rechner mitzuteilen, daß er sein Ziel über einen anderen Router
erreichen soll.
 Statusabfrage: Ein Rechner kann eine ICMP-Echo-Nachricht schicken, um
zu testen, ob ein anderes System über IP ansprechbar ist. Das Kommando
ping benutzt also das ICMP.
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ARP (Adress Resolution Protocol)
In einem Netzwerk existiert das Problem, daß die logischen Adressen
der Schicht 3 (IP-Adressen) den physikalischen Adressen der Schicht
2 zugeordnet werden müssen. Das ist wegen der unterschiedlichen
Bytezahl (4 bzw. 6) eine Schwierigkeit.
Eine Möglichkeit ist die statische Zuordnung der Adressen in einer
Tabelle. Das führt jedoch zu einem hohen Verwaltungsaufwand bei
Änderungen.
Zuordnung heute mit dem ARP-Mechanismus
Algorithmus des ARP-Ablaufs
Ist MACAdr. im
Cache?
Ja
nein
ARP an alle: Wie ist MACAdr von IP-Adr X.X.X.X?
Einer schickt ARP-Antwort:
(IP-Adresse, MAC-Adresse)
Entnehme
ARP legt Erg. in Cache
Hinweis auf arp-Befehl: arp -a gibt die komplette ARP-Liste aus.
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Zuordnung von IP-Adressen zu MAC-Adressen
TCP
verbinde mit
12 . 0 . 0 . 21
TCP
IP
12 . 0 . 0 . 34
12 . 0 . 0 . 21
08002B90102
456
????????????
??
Internet
IP
Aufbau des ARP-Frames
Netzwerk Typ
HLEN
PLEN
Sender PA
1=Ethernet
6=IEEE 802.2
Protokoll Typ:
2048=IP
HLEN:
2=16 Bit MAC
6=48 Bit MAC
PLEN:
4=32 Bit IP Adresse
Betriebs-Code:
1=Request;
2=Reply
Sender MAC:
Hardwareadresse
Sender PA:
IP-Adresse des Senders
Target MAC:
Hardwareadresse
Target PA:
IP-Adresse des
Empfängers
Protokoll Typ
Betriebs-Code
Sender MAC
Sender MAC
Netzwerk Typ:
Sender PA
Target MAC
Target MAC
Target PA
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TCP/IP-Routing
Protokoll RIP (Routing Information Protocol)
RIP - einfaches entfernungsorientiertes Routing-Protokoll (spezifiziert in RFC
1058 ). Wichtigstes Routing-Protokoll neben OSPF (Open Shortest Path First).
RIP-Routing-Tabelle
Subnetz
.......
Port
......
Metrik
........
Timer
.........
Für den Austausch der Inhalte von Routers-Tabellen (Routing-Information)
wird ein spezielles RIP-Datagramm verwendet.
RIP-Datagramm im IP-Format
0
15 16
Befehl (Antwort|
Anforderung)
Version des RIP
31
0
2 für IP
0
IP-Subnetzadresse
0
0
Metrik (1, 2, ... , 16) Hop-Zahl
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Modifikation einer Routing-Tabelle
15 Hops zwischen Router und Zielnetz sind zulässig. Der Wert 16 weist darauf
hin, daß das Zielnetz unerreichbar ist.
B2
B1
A2
R2
B3
A1
R2
InternetTeil
RT neu
SN D
A1 2
A 2 a2+1
... ...
ai+1
Ai
B1 1
B2 1
B3 1
SN
B1
B2
B3
D
1
1
1
Ai
RT alt
SN
B3
A1
A2
...
Ai
D
1
1
a2
...
ai
SN: Subnetz
D: Distanz (Hop-Anzahl)
Modifikation einer RIP-Routing-Tabelle. In der Skizze wird angenommen, daß
der Router R2 neu konfiguriert wurde. Dabei wurden die IP-Adressen der
lokalen Subnetze (manuell) in die Routing-Tabellen eingetragen. Der Nachbar
R1 kennt die Ziele im Internet, die durch ein RIP-Diagramm R2 bekannt
gemacht wird.
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Beispiel für eine
Veränderung der Routing-Tabellen
a 1 direkt
b 1 direkt
a 1 direkt
b 1 direkt
a
b
c
d
1 direkt
1 direkt
2 R2
3 R2
a
b
c
d
1 direkt
1 direkt
2 R2
3 R2
a
b
c
d
1 direkt
1 direkt
2 R2
3 R2
b 1 direkt
c 1 direkt
d 2 R3
b 1 direkt
c 1 direkt
d 2 R3
a
b
c
d
2 R1
1 direkt
1 direkt
2 R3
a
b
c
d
2 R1
1 direkt
1 direkt
2 R3
c 1 direkt
d 1 direkt
b 2 R2
c 1 direkt
d 1 direkt
b 2 R2
c 1 direkt
d 1 direkt
a
b
c
d
3 R2
2 R2
1 direkt
1 direkt
Schritt 2
Schritt 3
Schritt 4
R1
b 1 direkt
c 1 direkt
R2
c 1 direkt
d 1 direkt
R3
Schritt 1
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Schritt 5
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Beispiel für einen RIP-Ablauf
Beispielnetz
Router R1, R2, R3
Internet-Adressen a, b, c, d
5 Schritte zur Aktualisierung aller Routing-Tabellen
R1
a=123.1
b=123.2
R2
c=123.3
R3
Rechnernetze: Kap. 6, IP-Protokoll
08.04.17
d=123.4
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Kommunikationsprotokolle (Glossary)
Wichtige Anwendungsprotokolle der TCP/IP-Familie
 FTP (File Transfer Protocol) dient der Übermittlung von Daten (Files) von
mehreren Rechnern aus (Datei-Zugriff) und dem Transfer von Dateien
zwischen verschiedenen Rechnern.
 SMTP (Simple Mail Transport Protocol) dient der Übertragung von
elektronischer Post.
 TELNET eröffnet eine Sitzung an einem fernen Rechner, wenn dieser ferne
Rechner das TELNET-Protokoll unterstützt. Dabei muß der ferne Rechner
kein UNIX-System sein. TELNET ist im eigentlichen Sinne ein virtuelles
Terminalprotokoll.
 TFTP (Trivial File Transfer Protocol) ist ein einfaches DateitransferProtokoll.
 NFS (Network File System) ist ein verteiltes Netzwerk-Dateisystem.
 YP (Yellow Pages = Gelbe Seiten) ist ein Verzeichnis-Dienst. Er wird auch
als NIS (Network Information Service) bezeichnet.
 SNMP (Simple Network Management Protocol) unterstützt das NetzwerkManagement.
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