Internet - TU Ilmenau

OSI und Internet
OSI-Referenzmodell Internet-Referenzmodell
7
6
Kommunikationsnetze
5
4
3
2
1
Das Internet
„
„
„
„
Protokollreferenzmodell
Netzstrukturen
Protokolle
Das Internet der neuen Generation
Anwendung
Anwendung
Darstellung
Darstellung
Komm.-steuerung
Komm.-steuerung
Transport
Transport
Anwendung
Anwendung
Transport
Transport
Internet
Internet
Vermittlung
Vermittlung
Sicherung
Sicherung
Bitübertragung
Bitübertragung
RechnerRechnerNetzanschluss
Netzanschluss
Wesentliche Abwandlungen:
„
„
Aufgaben der OSI-Schichten 5 und 6 werden im InternetReferenzmodell vollständig in die Anwendung verlagert.
Die OSI-Schichten 1 und 2 werden zu einer den Anschluss des
Rechensystems an das Kommunikationsnetz beschreibenden
Schicht zusammengefasst.
Kommunikationsnetze -- 8. Internet (WS 2006/07)
Struktur des Internets
Ziel
„
Die Internet-Protokollfamilie
Weltweite Kommunikation zwischen Rechnersystemen
unterschiedlicher Bauart
Struktur
„
L
A
N
Kopplung einzelner Rechner bzw. lokaler Netze über ein
teilvermaschtes Netz von Vermittlungsknoten, den Routern
Rechner A
Rechner B
AnwendungsAnwendungsprotokoll
protokoll
TCP
UDP
UDP
AnwendungsAnwendungsprotokoll
protokoll
TCP
UDP
UDP
IP
IP
NetzzugangsNetzzugangsprotokoll
protokoll
LAN
Router
„
Router
Definition einer einheitlichen Protokollfamilie: TCP/IP
Kommunikationsnetze -- 8. Internet (WS 2006/07)
Internet
IP
IP
NetzzugangsNetzzugangsprotokoll
protokoll
Vereinfachte Darstellung:
Router
Router
304
IP-Paket
305
„
Die Internet-Schicht umfasst wesentlich mehr Protokolle
als nur das Internet Protocol IP.
Adressauflösung ist hier nicht berücksichtigt.
Früher üblicherweise Client-/Server-basiert.
Heute immer mehr Peer-to-Peer-Anwendungen.
Kommunikationsnetze -- 8. Internet (WS 2006/07)
306
Die Internet-Protokollfamilie:
Einordnung
Internet versus Intranet
Internet
Weltumspannendes
Rechnernetz auf der Basis
der TCP/IP-Protokollsuite
Globale Adressierung der
Endsysteme
Übergänge in verschiedene
andere Netze
Die Bezeichnung TCP/IP wird häufig als Synonym für die gesamte Protokollfamilie
verwendet.
Einordnung der Internetprotokolle in das ISO/OSI-Referenzmodell:
Kommunikationssteuerungsschicht
TCP
IGMP
ICMP
UDP
IP
ARP
RARP
Transportschicht
Vermittlungsschicht
Sicherungsschicht
Obwohl ICMP und IGMP den IP-Dienst nutzen, werden sie dennoch der
Vermittlungsschicht zugeordnet
Die anwendungsbezogenen Schichten 5-7 sind im Internet zu einer Schicht
zusammengefasst.
Kommunikationsnetze -- 8. Internet (WS 2006/07)
„
„
307
Gateway
Firewall
Kommunikationsnetze -- 8. Internet (WS 2006/07)
308
Internet-Protokolle im heterogenen
Umfeld
Adressierung im Internet
Anwendungsorientierte Kommunikation
Î logische Adresse
HTTP
HTTP
Anwendung
Anwendung
IMAP
IMAP
RTP
RTP
Socket
Ende-zu-Ende-Informationsaustausch
Î Socket
UDP
UDP
TCP
TCP
Transport
Transport
Verbindungsloses Datennetz
Î IP-Adresse
IP
IP
Internet
Internet
MAC/LLC
Informationsaustausch zwischen Netzknoten
Î MAC-Adresse
Netzanschluss
Netzanschluss
Kommunikationsnetze -- 8. Internet (WS 2006/07)
Intranet
Internes (nicht öffentliches)
Rechnernetz auf der Basis
der TCP/IP-Protokollsuite
Lokaler Teil des Internets
(oftmals auch Corporate
Network, d.h. ein
geschlossenes und privates
Unternehmensnetzwerk)
In der Regel Übergang
zwischen Intranet und
Internet verbunden
Ethernet
Ethernet
309
FDDI
FDDI
ATM
ATM
Kommunikationsnetze -- 8. Internet (WS 2006/07)
PPP
PPP
310
Netzkopplung auf unterschiedlicher
Ebene
Repeater und Hub
Schicht 1:
„
„
Repeater
Hub
OSI-Referenzmodell
Schicht 2:
„
„
7
6
5
Bridge
Switch
Schicht 3:
„
4
3
2
1
Router
Schicht ≥ 3:
„
Repeater:
• Signalverstärkung zwischen
Netzsegmenten
• Zahl der Repeater begrenzt
(Beispiel CSMA/CD)
Gateway
Anwendung
Anwendung
Darstellung
Darstellung
Komm.-steuerung
Komm.-steuerung
Transport
Transport
Vermittlung
Vermittlung
Sicherung
Sicherung
Bitübertragung
Bitübertragung
R
R
Hub (engl. Nabe, Knotenpunkt):
• Signalverstärkung zwischen Hosts
• Physikalische Entkopplung
• Höhere Zuverlässigkeit
H
H
Keine Lastentkopplung, Aufteilung der Bandbreite
Kommunikationsnetze -- 8. Internet (WS 2006/07)
311
Bridge und Switch
Bridge:
• Adressauswertung
• zwischen Netzsegmenten
• Bildung von Teilnetzen
Kommunikationsnetze -- 8. Internet (WS 2006/07)
312
Router
Host
Host
B
B
IP-Router
ETH
ETH
PPP
Host
Host
ETH
ETH
S
S
Switch: Multiport-Bridge
• Segmente bestehend aus
einem Host
• physikalische Entkopplung
• höhere Zuverlässigkeit
• Jeder Host mit eigener Leitung
Subnetz I
PPP
IP-Router
Subnetz II
PPP
Host
Host
Lastentkopplung
Kommunikationsnetze -- 8. Internet (WS 2006/07)
Switch
Backbone
ETH
313
Kommunikationsnetze -- 8. Internet (WS 2006/07)
Host
Host
ETH
314
Das Protokoll IP
(Internet Protocol)
Eigenschaften von IP
Paketvermittelt
Verbindungslos (Datagrammdienst)
Ungesicherte Übertragung:
Historie:
„
„
Entwickelt vom amerikanischen Verteidigungsministerium
(Departement of Defense, DoD).
Bereits 1969 im damaligen ARPANET eingesetzt
(ursprünglich 4 Hosts!).
„
Realisierung und Entwicklung:
„
„
„
Aufgrund der großen Ausdehnung des Internets gehört IP heute zu
den am meisten genutzten Schicht-3-Protokollen.
Weiterentwicklung im Projekt IPng (IP next generation) der IETF
(Internet Engineering Task Force) zu IPv6.
„
„
„
„
LAN
L
A
N
Keine Flusskontrolle.
Der Einsatzbereich erstreckt sich von privaten bis hin zu
öffentlichen Netzen.
Weltweit eindeutige (hierarchische) Adressierung notwendig
Router
Router
Datagramm kann verloren gehen
Datagramm kann dupliziert werden
Datagramme können einander überholen
Datagramme können endlos kreisen
Nicht behebbare Fehler der darunter liegenden Schicht 2 können
von IP im Allgemeinen ebenfalls nicht behandelt werden
Mit dem Protokoll ICMP (Internet Control Message Protocol)
existiert jedoch eine Möglichkeit zur Fehleranzeige
Router
Kommunikationsnetze -- 8. Internet (WS 2006/07)
315
Wegewahl bei IP
Kommunikationsnetze -- 8. Internet (WS 2006/07)
Beispiel der Adressierung
Jedes System besitzt Routingtabelle
Anhand Zieladresse wird eine Zeile bestimmt, die die
Weiterleitung festlegt:
„
„
„
Kommuniziert werden soll mit den folgenden Rechnern
„
„
Durchsuche Host-Adressen
Durchsuche Netzwerkadressen
Suche nach Default-Eintrag
„
Destination
Rechner direkt erreichbar (direct route)
Rechner indirekt erreichbar (indirect route)
Erforderlicher MAC-Rahmen wird adressiert an:
„
„
Zielsystem
Router
Kommunikationsnetze -- 8. Internet (WS 2006/07)
129.13.35.73 (sioux.telematik.informatik.uni-karlsruhe.de)
132.151.1.19 (www.ietf.org)
Die Routingtabelle sieht wie folgt aus:
Zwei Möglichkeiten:
„
316
317
Gateway
Flags
Refs
Use
Interface
Default
i70lr0
UGS
1
13320
tu0
127.0.0.1
(localhost)
localhost
UH
7
242774
lo0
129.13.3
i70r35
UGS
0
6
tu0
129.13.35
mohave
U
11
3065084
tu0
129.13.41
i70r35
UGS
2
4433
tu0
129.13.42
i70r35
UGS
0
4
tu0
Kommunikationsnetze -- 8. Internet (WS 2006/07)
318
Transmission Control Protocol
TCP
TCP: Adressierung
Verbindungsverwaltung
„
„
„
Identifikation von TCP-Diensten geschieht über Ports
Portnummern bis 255 sind für häufig benutzte Dienste reserviert
„Well-known Ports“, z.B. 21 für FTP, 23 für TELNET, 80 für HTTP
Ein Socket besteht aus der Internetadresse eines Rechners und einem Port.
Notation: (IP-Adresse:Portnummer) → Internet-weit eindeutig
Beispiel – Der FTP-Server der TU Ilmenau ist über den Socket 141.24.191.41:21
erreichbar:
Verbindungsaufbau zwischen zwei „Sockets” (entspricht CEP im TSAP).
Datentransfer über virtuelle Verbindung.
Gesicherter Verbindungsabbau (alle Daten müssen quittiert sein).
Multiplexen
„
Mehrere Prozesse können gleichzeitig eine TCP-Instanz benutzen
Datenübertragung
„
„
„
„
„
„
Vollduplex
Reihenfolgetreue
Flusskontrolle mit Fenstermechanismus
Fehlerkontrolle durch Folgenummern (Sequenznummern), Prüfsumme,
Quittung, Übertragungswiederholung
Unterstützung von Sicherheitsstufen und Prioritäten
Zeitbehaftete Daten: Falls Auslieferung in bestimmter Zeit nicht möglich ist,
wird der Dienstbenutzer informiert
141.24.191.41
129.13.42.112
129.13.42.115
FTPServer
FTPBenutzer A
FTPBenutzer B
Port
Port
21
21
TCP
TCP
IP
IP
NetzNetzzugang
zugang
Fehleranzeige
319
16
„
IP
IP
NetzNetzzugang
zugang
Source
Source Port
Port
Destination
Destination Port
Port
Message
Message Length
Length
Checksum
Checksum
„
Paketkopf
„
Einfacher zu merken
Dienste einfacher auf andere Rechner übertragbar
„
Weltweit eindeutig
Hierarchische Struktur
Gliederung in Domänen
Beispiel
„
ikmcip1.e-technik.tu-ilmenau.de
Rechner
Land
Abteilung Institution
daytime
domain name server
network time protocol
Benötigt:
„
sehr viele Multimedia-Anwendungen nehmen UDP statt TCP wegen
Leistungsvorteilen
Kommunikationsnetze -- 8. Internet (WS 2006/07)
320
Aufbau eines logischen Namens
31
festgelegte, sogenannte „well-known” Ports:
„
IP
IP
NetzNetzzugang
zugang
Kommunikationsnetze -- 8. Internet (WS 2006/07)
„
Daten
Daten ...
...
„
TCP
TCP
Adressierung erfolgt über logische Namen
Unzuverlässig, verbindungslos, einfacher und schneller als TCP
Demultiplexing der empfangenen Pakete basiert auf der Port-Nummer
Optionale Prüfsumme
13:
53:
123:
TCP
TCP
Anwendungsnahe Adressierung im
Internet
User Datagram Protocol UDP
„
Port
Port
400
400
Internet
Kommunikationsnetze -- 8. Internet (WS 2006/07)
0
Port
Port
400
400
„
„
321
Abbildung logischer Name → IP-Adresse
Ursprünglich: Datei (hosts.txt), die jede Nacht vom Server geladen wurde
Problem: steigende Anzahl der Namen ließ zentrale Datei nicht mehr zu
Kommunikationsnetze -- 8. Internet (WS 2006/07)
322
Motivation für eine „neue”
Internet-Protokollsuite
DNS – Beispiele
c http://www.nasa.gov/
d IP-Adresse für
www.nasa.gov ?
Endsystem
Endsystem
Adressierungsprobleme
DNSDNSName
Name Server
Server
„
„
e 198.116.142.34
f http 198.116.142.34
„
„
Router
Router
„
d MX-Daten für ieee.org ?
c mail [email protected]
f smtp 199.172.136.14
Sicherheitsprobleme
Verstärkte Dienstgüteanforderungen durch
Multimediaanwendungen
DNSDNSName
Name Server
Server
Endsystem
Endsystem
IP-Adressraum kaum mehr ausreichend
Class-B-Adressen sind nahezu erschöpft
Übergangslösungen nicht zukunftssicher
Keine hierarchische Adressierung
Routing-Tabellen wachsen sehr schnell, daher
ineffizientes Routing
e gemini.ieee.org,
IP-Adresse 199.172.136.14, SMTP
Router
Router
Kommunikationsnetze -- 8. Internet (WS 2006/07)
323
Eigenschaften von IPv6 im Überblick
„
Betriebssysteme sind in der Regel IPv6-tauglich
Sehr viele Produkte unterstützen im Grunde
genommen den neuen IP-Standard
Aber
Einfachere Struktur
Verbesserte Behandlung von Optionen
„
Segmentierung nur Ende-zu-Ende
Autokonfiguration von IP-Systemen
Dienstgüteunterstützung
Multicast-Integration
Sicherheitsvorkehrungen
„
„
In der Regel wird IPv4 verwendet (Investitionsschutz)
Ergänzungen zur IPv4-Welt ermöglichen weiterhin den
Einsatz der alten Technik
Anwendungen benötigen (noch) nicht die speziellen
Eigenschaften von IPv6
IPv6 kommt immer noch nur in speziellen
Forschungsnetzen zum Einsatz
„
„
Kommunikationsnetze -- 8. Internet (WS 2006/07)
324
IPv6 in der Praxis
Erweiterte Adressierungsmöglichkeiten
Neues IP-Paketkopfformat
„
Kommunikationsnetze -- 8. Internet (WS 2006/07)
325
6bone als IPv6-Backbone
Internet2 als Entwicklungsplattform
Kommunikationsnetze -- 8. Internet (WS 2006/07)
326
Literatur
COMER, D.E.: Computernetzwerke und Internets mit InternetAnwendungen. 3. überarbeitete Auflage, München: Pearson Studium /
Prentice Hall, 2002. ISBN 3-8273-7023-X.
KRÜGER, G.; RESCHKE, D. (Hrsg.): Lehr- und Übungsbuch Telematik –
Netze, Dienste, Protokolle. 3. aktualisierte Auflage, München; Wien:
Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag, 2004. ISBN 3-44622862-4.
PERLMAN, R.: Bridges, Routers, Switches und Internetworking Protocols.
2. Auflage, München: Addison Wesley, 2003. ISBN 3-8273-2093-3.
SEITZ, J.; DEBES, M.; HEUBACH, M.; TOSSE, R.: Digitale Sprach- und
Datenkommunikation. Netze - Protokolle – Vermittlung. München, Wien
: Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag, 2007. – ISBN 3-44622979-5.
STEVENS, W.R.: TCP/IP Illustrated, Bd. 1 – The Protocols. Boston; San
Francisco; New York: Addison-Wesley, 1994. ISBN 0-201-62246-9.
Kommunikationsnetze -- 8. Internet (WS 2006/07)
327