Teil 2-Ebene 3

Kommunikationsnetze
Praxis Internet
Michael Rotert
E-Mail:
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Version 4.0
Inhalt
IPv6 (Teil 6)
Einführung (Teil 1)
Lokale Netze (LAN)
–  Topologie, Komponenten
–  Ethernet
•  Punkt-zu-Punkt über Ethernet
–  Virtuelle LANs
Internet Ebene 3 Protokolle (Teil 2)
–  Definition, Geschichte
–  Architektur, Protokolle
IPv4 (Teil3)
–  IPv4 Header
–  Fragmentierung
–  IPv4 Adressierung
IPv4 Routing (Teil 4)
–  Autonome Systeme
–  Routing Protokolle
–  Internet Exchanges
Zusatzprotokolle (Teil 5)
–  ARP / RARP
–  ICMP (ping und traceroute)
–  DHCP und NAT
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–  Entwicklung, Geschichte
–  IPv6 Header
–  IPv6 Adressierung
IPv6 Zusatzprotokolle
(Teil 7)
–  Konfiguration, Autokonfiguration
–  Fragmentierung
–  DHCP, ICMP
Drahtlose und mobile Netze (Teil 8)
– 
– 
– 
– 
Eigenschaften
Adressierung/Routing mobiler Benutzer
Mobilität in IPv4 Netzen
WLAN/Wifi
Transportschicht (Teil 9)
–  TCP und UDP
Anwendungsschicht (Teil 10)
– 
– 
– 
– 
Grundlagen, Architekuren
DNS
Electronic Mail (SMTP, POP3, IMAP)
P2P-Anwendungen
Teil 2: Ebene 3, Internetprotokoll (IP)
2
Definitionen
•  TCP/IP
•  TCP/IP ist eine Sammlung von Netzwerkprotokollen, welche die
Host-Host Kommunikation in heterogenen Netzen unterstützen.
•  TCP
IP =
=
Transmission Control Protocol
Internet Protocol
•  ARPA
= [Defense] Advanced Research Project Agency
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Teil 2: Ebene 3, Internetprotokoll (IP)
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Geschichte des Internets
1961–1972: Paketvermittlung
•  1961: Kleinrock –
Warteschlangentheorie
zeigt die Effizienz der
Paketvermittlung
•  1964: Baran –
Paketvermittlung in
Militärnetzen
•  1967: ARPAnet von der
Advanced Research
Projects Agency geplant
•  1969: erster ARPAnetKnoten in Betrieb
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• 
1972:
–  ARPAnet, öffentliche Vorführung
–  NCP (Network Control Protocol),
erstes Protokoll zwischen Hosts
–  Erstes E-Mail-Programm
–  ARPAnet hat 15 Knoten
Teil 2: Ebene 3, Internetprotokoll (IP)
4
Geschichte des Internets
•  1972–1980: Netzwerk von Netzwerken
• 
• 
• 
• 
1970: ALOHAnet Satellitennetzwerk auf Hawaii
1974: Cerf und Kahn – Architektur für die Verbindung von Netzwerken
1976: Ethernet: Xerox PARC
Späte 1970er:
proprietäre Architekturen:
Cerf und Kahn: Prinzipien für die
Verbindung von Netzen
DECnet, SNA, XNA
–  Minimalismus, Autonomie – keine
•  Späte 1970er:
internen Änderungen an den
einzelnen Netzwerken
Pakete fester Größe (später ATM)
–  Best-Effort-Dienst – keine
Garantien
•  1979: ARPAnet hat 200 Knoten
–  Kein (Verbindungs-) Zustand in
den Routern
–  Dezentrale Kontrolle
Definition der aktuellen Internetarchitektur
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Teil 2: Ebene 3, Internetprotokoll (IP)
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Geschichte des Internets
1980–1990: Neue Protokolle, Ausbreitung des Netzwerkes
•  1983: Einführung vonTCP/IP
•  1982: Definition des SMTPE-Mail-Protokolls
•  1983: Definition von DNS zur
Übersetzung von Namen auf IPAdressen
•  1985: Definition von ftp
•  1988: Überlastkontrolle in TCP
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•  Neue nationale
Netzwerke: Csnet, BITnet,
NSFnet, Minitel
•  100.000 Endsysteme sind
an einen Verbund von
Netzwerken
angeschlossen
Teil 2: Ebene 3, Internetprotokoll (IP)
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Geschichte des Internets
1990–200X: Kommerzialisierung, WWW, neue Anwendungen
•  Anfang 1990er Jahre: ARPAnet
wird eingestellt
•  1991: NSF hebt die
Einschränkungen bezüglich der
kommerziellen Nutzung des
NSFnet auf
•  Anfang 1990er Jahre: Web
–  Hypertext [Bush 1945, Nelson
1960er]
–  HTML, HTTP: Berners-Lee
–  1994: Mosaic, später Netscape
–  Späte 1990er Jahre:
Kommerzialisierung des Web
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Späte 1990er–200X:
•  Mehr Killeranwendungen:
Instant Messaging, P2PFilesharing
•  Netzwerksicherheit wird
immer wichtiger
•  Geschätzte 50 Millionen
Endsysteme, 100 Millionen
Anwender
•  Backbone-Leitungen mit
Gbit/s
Teil 2: Ebene 3, Internetprotokoll (IP)
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Das Internet heute
2007:
•  ~500 Millionen Endsysteme
•  Voice, Video over IP
•  P2P-Anwendungen: BitTorrent
(Filesharing), Skype (VoIP),
PPLive (Video)
Folgende 2010+:
!  > 1 Milliarde Endsysteme,
Zuwachs bei SmartPhones
!  Web 2.0,
Web als Plattform
!  Web 3.0
!  ….
•  Mehr Anwendungen: YouTube,
Gaming (allein World of
Warcraft hat 9 Millionen
Kunden)
•  Mobilkommunikation
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Teil 2: Ebene 3, Internetprotokoll (IP)
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Internet Organisationen
•  RIPE-NCC Network Coordination Center für EU
•  DE-NIC
Network Information Center für De
•  Provider
z.B.: Telekom, 1&1
--->
Betriebliche Koordination
--->
Sicherung der Konnektivität
Achtung: Unterschiede zwischen Access-, Content-, Hosting- und
Full-Service Providern!
• 
• 
• 
• 
ICANN
Internet Corporation for Assigned Names and Numbers
ISOC
Internet Society
IAB
Internet Architecture Board
IETF
Internet Engineering Task Force
---> strategische u. techn. Weiterentwicklung
---> Standardisierung der Protokolle
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Teil 2: Ebene 3, Internetprotokoll (IP)
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Internet Organisationen (Fortsetzung)
•  IANA
–  Domain Namen
• 
• 
• 
• 
Root Zone Management
Database of Top Level Domains
.int Registry
.arpa Registry
–  Adress Ressourcen
•  IDN Practices Repository
•  IP Addresses & AS Numbers
•  Network abuse information
–  Protokoll Zuordnungen
•  Protocol Registries
•  Apply for an assignment
•  Time Zone Database
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Teil 2: Ebene 3, Internetprotokoll (IP)
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Protokollfamilie TCP/IP
RFC
MILnet
Festgelegte
Basisfkt.
Empfohlene und offengelegte
Beschreibungen
Herstellerspezifische Erweiterungen und
Zusatzfunktionen
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Teil 2: Ebene 3, Internetprotokoll (IP)
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Internet Protokoll Entwicklung
Ziele:
»  E-Mail,
»  File-Transfer,
»  Remote login,
»  Rechenverbund
BEDINGUNGEN:
-  Hardwareunabhängigkeit (Host-Rechner Netzwerktechnologie)
-  universelle Verbindungsmöglichkeiten
-  Ende-zu-Ende-Quittungen
-  standardisierte Anwendungsprotokolle
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Teil 2: Ebene 3, Internetprotokoll (IP)
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Internet Wachstum
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Teil 2: Ebene 3, Internetprotokoll (IP)
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Internet Volumen Deutschland
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Teil 2: Ebene 3, Internetprotokoll (IP)
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Internet Volumen Deutschland
Anzahl ISPs
Anzahl Ports
E
P
T
G
M
k
400
über 600
Spitzendurchsatz
4 Tbps
Durchschnittsdurchsatz
3 Tbps
Exa gr. sechsmal (103)6 = 1018 1.000.000.000.000.000.000 Trillion
Peta gr. fünfmal (103)5 = 1015 1.000.000.000.000.000 Billiarde
Tera gr. viermal (103)4 = 1012 1.000.000.000.000 Billion
Giga gr.
(103)3 = 109 1.000.000.000 Milliarde
Mega gr.
(103)2 = 106 1.000.000 Million
Kilo gr.
(103)1 = 103 1.000 Tausend
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Teil 2: Ebene 3, Internetprotokoll (IP)
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PREISVERFALL INTERNETACCESS
5.000,00 DM
60.000,00 DM
50 MB
4.500,00 DM
1. GB
4.000,00 DM
4.000,00 DM
3.500,00 DM
3.200,00 DM
3.100,00 DM
3.000,00 DM
2.500,00 DM
2.000,00 DM
1.500,00 DM
1.000,00 DM
800,00 DM
500,00 DM
170,00 DM
80,00 DM
35,00 DM
8,00 DM
0,00 DM
1991
Kommunikationsnetze M.Rotert SS2015
1992
1994
1996
1998
Teil 2: Ebene 3, Internetprotokoll (IP)
1999
2000
2001
2002
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HAUPTMERKMALE DER TCP/IP ARCHITEKTUR
•  verbindungsloses Protokoll in der Netzwerkschicht
•  Knotenrechner
•  Transportschicht mit
–  Flusskontrolle
–  Fehlerkorrektur
–  Paketresequentialisierung
•  definierte Anwendungsprogramme (ftp, telnet, ...)
7
ftp, telnet
6
XDR
nfs
5
4
3
1,2
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RPC
TCP
UDP
IP
Ethernet, Tokenring etc.
Teil 2: Ebene 3, Internetprotokoll (IP)
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Internet Protokolle - Übersicht
•  IPv4 (Internet Protokoll): 32 Bit Adresse,
End-to-End Transport von Datenpaketen
•  IPv6 (Internet Protokoll): 128 Bit Adresse,
End-to-End Transport von Datenpaketen
•  TCP (Transmission-Control-Protocol) Basis IP,
verlässliche Transportverbindungen
•  UDP (User-Data-Protocol) Basis IP, nicht verlässlicher
Datagramm Transport
•  ICMP (Internet-Control-Message-Protocol) Basis IP,
Übermittlung von Fehler- und Kontrollinformation
•  RIP und OSPF (Routing Protokolle)
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Teil 2: Ebene 3, Internetprotokoll (IP)
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7
Application
SMTP
DNS
6
Presentation
5
Session
4
Transport
TCP
UDP
3
Network
IP
2
Data Link
Ethernet
1
Physical
FTP
NVP
ICMP
PDN
Telnet
ARP
RARP
Others
Others: Token Bus, Token Rings etc.
ICMP: Internet Control Message Protocol (Zustand IP-Dienste)
ARP: Address Resolution Protocol IP-Adresse → Ethernetadresse
RARP: Reverse ARP Ethernetadresse → IP-Adresse
TCP:
Connection oriented, reliable, byte stream
UDP: User Datagram Protocol; unacknowledged, transactionoriented (parallel zu TCP)
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Teil 2: Ebene 3, Internetprotokoll (IP)
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7
Application
SMTP
DNS
6
Presentation
5
Session
4
Transport
TCP
UDP
3
Network
IP
2
Data Link
Ethernet
1
Physical
PDN
FTP
Telnet
ICMP
ARP
RARP
Others
SMTP: Simple Mail Transport Protocol
DNS: Domain Name Service (Name-Address Mapping)
NSP:
Name Service Protocol (=DNS)
FTP:
File Transfer Protocol
TELNET: Virtual Terminal Services für interaktiven Betrieb
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Teil 2: Ebene 3, Internetprotokoll (IP)
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Data Link Level
keine notwendige Vorr. für TCP/IP Verständnis → Ethernet
Logical LINK Control
Data Link
Media Access Control
Physical Layer
Dest
Source
Typ
6
6
2
IP:
Data
Ethernet Type Field 080016
XNS: Ethernet Type Field 060016
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Teil 2: Ebene 3, Internetprotokoll (IP)
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Network Layer
IP, ICMP, ARP, RARP
Network
Data Link
Physical Layer
IP
Gateway
Router
IP
IP
IP
Netz A
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IP
Netz B
Teil 2: Ebene 3, Internetprotokoll (IP)
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Die Netzwerkschicht des Internets
Funktionalität in Hosts und Routern:
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Teil 2: Ebene 3, Internetprotokoll (IP)
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