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Kommunikationsnetze Wintersemester 2018/19
Prof. Jochen Seitz 1
Kapitel 7 –Das Internet
i. Struktur des Internets
ii. TCP/IP – Referenzmodell
iii. Internet Layer
iv. Transport Layer
v. Application Layer
Das Internet
▪ Das Internet besteht aus• einer Menge von Computern, die
− dieselbe Protokollfamilie TCP/IP verwenden;
− irgendwie (direkt oder indirekt) miteinander verbunden sind;
− gewisse Dienste anbieten oder benutzen,
• einer Menge von (menschlichen oder technischen) Nutzern, die vom Arbeitsplatz direkten Zugriff auf die angebotenen Dienste haben,
• einer Menge von weiteren, über Gateways erreichbaren Netzen.
Kommunikationsnetze -- 7. Das Internet (WS 2018/19) 2
Fachgebiet Thüringen Deutschland Welt
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Die Struktur des Internets
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Backbone Service Provider
Consumer ISP
Consumer ISPConsumer ISP
Large Corporation
Large CorporationSmall
Corporation
PeeringPoint
Historie: Entwicklung des Internet
1962 DoD (Department of Defense, „Pentagon”): „Verteidigung hängt von der Kommunikation ab“
1967 ARPA (Advanced Research Project Agency) des DoD:Auftrag „Projektstudie ausfalltolerantes Paketnetz” an SRI (Stanford Research Institute)
1969 Erstes „Internet”: 4 Hosts
1971 Betriebsaufnahme ARPAnet, das erste Internet-Backbone
1974 Neue Protokollsuite: TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol)
1988 IP-Verbindung zum Internet aus Deutschland über EUnet-IRB Dortmund und XLink (eXtended Lokales Informatik-Netz Karlsruhe)
1991 EBONE: Europäisches Backbone
1996 University Corporation for Advanced Internet Development — Internet2
1998 Beginn der Standardisierung von IPv6
2003 Erste Erwähnung von „Web 2.0“
2014 30 Jahre E-Mail
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Wichtige Dienste im Internet
▪ World Wide Web —• weltumspannendes Nachschlagewerk
• Basis „Hypertext Transfer Protocol” HTTP
▪ Elektronische Post (E-Mail) —• Austausch von digitalen (multimedialen) Nachrichten
• Basis „Simple Mail Transfer Protocol” SMTP
▪ Telefonie (Voice-over-IP, VoIP) —• Sprachkommunikation – kompatibel zum POTS
• Basis „Real-time Transfer Protocol” RTP und „Session Initiation Protocol” SIP
▪ Netzmanagement —• Überwachung und Kontrolle von vernetzten Systemen
• Basis „Simple Network Management Protocol” SNMP
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Wachstum des Internets
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Quelle: https://www.isc.org/network/survey/
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.de Domänen
Geschätzte Anzahl von Internet-Domänen in Deutschland
Kommunikationsnetze -- 7. Das Internet (WS 2018/19) 7Quelle: DENIC eG (https://www.denic.de/wissen/statistiken/monatsauswertung-de/)
Deutschland
RIPE (Réseaux IP Européens)
Zahl der .de-Domainsam 29. November 2018:
16.207.369
Wiederholung: OSI und Internet
▪ Wesentliche Abwandlungen:• Internet-Anwendungsschicht = Zusammenfassung der anwendungsorientierten ISO/OSI-Schichten
• Internet-Rechner-Netzanschluss = Zusammenfassung der hardwarenahen ISO/OSI-Schichten 1 und 2
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OSI-Referenzmodell Internet-Referenzmodell
Anwendung
Darstellung
7
6
5
4
3
2
1
Anwendung
Komm.-steuerung
Transport
Vermittlung
Sicherung
Bitübertragung
Transport
Internet
Rechner-Netzanschluss
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Struktur des Internets
▪ Ziel: Weltweite Kommunikation zwischen Rechnersystemen unterschiedlicher Bauart
▪ Struktur: Kopplung einzelner Rechner bzw. lokaler Netze über ein teilvermaschtes Netz von Vermittlungsknoten, den Routern
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Definition einer einheitlichen Protokollfamilie: TCP/IP
Router
RouterRouter
LANL
A
N
RouterIP-Paket
Die Internet-Protokollfamilie (I)
▪ Vereinfachte Darstellung:• Internet-Schicht – wesentlich mehr Protokolle als nur das Internet Protocol IP• Adressauflösung hier nicht berücksichtigt
▪ Früher üblicherweise Client-/Server-basiert.
▪ Heute immer mehr Peer-to-Peer-Anwendungen.
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Anwendungs-protokoll
UDP
Rechner B
IP
Rechner-Netzanschluss
TCP
Anwendungs-protokoll
UDP
Rechner A
IP
Rechner-Netzanschluss
TCPInternet
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Die Internet-Protokollfamilie (II)
▪ TCP/IP = Synonym für die gesamte Protokollfamilie
▪ Adressauflösung hier nicht berücksichtigt
▪ Früher üblicherweise Client-/Server-basiert
▪ Heute immer mehr Peer-to-Peer-Anwendungen
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IGMP ICMP
ARP
TCP UDP
Vermittlungs-schicht
Transportschicht
Kommunikations-steuerungsschicht
Sicherungsschicht
RARP
IP
Rechner-Netzanschluss
Anwendungsprotokolle
Die Internet-Protokollfamilie: Protokollaufgaben
TCP Transmission Control Protocol: verbindungsorientierter, gesicherter Transportdienst
UDP User Datagram Protocol:verbindungsloser, ungesicherter Transportdienst
IP Internet Protocol:Wegewahl und ungesicherte Übertragung von Datagrammen
ICMP Internet Control Message Protocol:Austausch von Kontrollinformationen innerhalb der Vermittlungsschicht
IGMP Internet Group Management Protocol:Verwaltung von Kommunikationsgruppen
ARP Address Resolution Protocol:Zuordnung von IP-Adressen zu den entsprechenden Adressen der Sicherungsschicht
RARP Reverse Address Resolution Protocol:Umkehrfunktion von ARP
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Internet versus Intranet
Internet
▪ Weltumspannendes Rechnernetz auf der Basis der TCP/IP-Protokollsuite
▪ Globale Adressierung der Endsysteme
▪ Übergänge in verschiedene andere Netze
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:
• Gateway
• Firewall
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Kommunikationsnetze -- 7. Das Internet (WS 2018/19) 14
Adressierung im Internet
Informationsaustausch zwischen Netzknoten➔MAC-Adresse
Verbindungsloses Datennetz➔ IP-Adresse
Ende-zu-Ende-Informationsaustausch➔ Port, Socket
Anwendung
Transport
Internet
Rechner-Netzanschluss
Anwendungsorientierte Kommunikation➔ logische Adresse
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IP
Ethernet WLAN ATM PPP
TCP UDP
RTPHTTP IMAP
MAC/LLC
Socket
Internet-Protokolle im heterogenen Umfeld
* * *
Das Protokoll IP (Internet Protocol)
▪ 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 das am meisten genutzte Schicht-3-Protokoll
• Weiterentwicklung im Projekt IPng (IP next generation) der IETF (Internet Engineering Task Force) zu IPv6
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LAN
LAN
Router
RouterRouter
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Eigenschaften von IP
▪ Paketvermittelt
▪ Verbindungslos (Datagrammdienst)
▪Ungesicherte Übertragung:• Verlust von Datagrammen• Duplizierung von Datagrammen• Reihenfolgevertauschung von Datagrammen• (theoretisch) endloses Kreisen von Datagrammen • Keine Behandlung von Fehlern der darunter liegenden Schicht• Fehleranzeige mit dem Protokoll ICMP (Internet Control Message Protocol)
▪ Keine Fluss- und Staukontrolle
▪Weltweit eindeutige (hierarchische) Adressierung notwendig
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Kommunikationsnetze -- 7. Das Internet (WS 2018/19) 18
IPv4-AdressenAdressklassen (32 Bit):
1. Class A für Netze mit bis zu 16 Mio. Knoten
2. Class B für Netze mit bis zu 65.536 Knoten
3. Class C für Netze mit bis zu 256 Knoten
4. Class D für Gruppenkommunikation (Multicast)
5. Class E, noch reserviert für zukünftige Anwendungen
0 1 2 4 8 16 24 31
0 Netz-ID Knoten-ID
1 0
1 1 0
1 1 1 0
1 1 1 1 0
Netz-ID Knoten-ID
Netz-ID Knoten-ID
Multicast-Adresse
Reserviert für zukünftige Anwendungen
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IPv4-Subnetz-Adressen
▪ IP-Adresse (hier Klasse B):
▪ Subnetzmaske: Teil der IP-Adresse, der das Netz und das Subnetz beschreibt.(Einsen („1“) in der binären Form der Subnetzmaske)
▪ Beispiel:IP-Adresse: 129. 13. 3. 64Subnetzmaske: 255. 255. 255. 0
1111 1111 1111 1111 1111 1111 0000 0000Netzwerk: 129. 13.Subnetz: 3.Endsystem: 64
▪ Netzwerk-Adresse → Adressklasse
▪ Subnetz optional
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Netz-Teil
Netz-Teil
Subnetz-Teil Endsystem
Lokaler Teil
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IP-Subnetze: Beispiel
129.13.3
129.13.41
129.13.42
Router
Ethernet
Ethernet
Ethernet
129.13.35
FDDI
Router
Uni-Netz
Internet
Router-RZ
Übergang Rechenzentrum - Institut
129.13
129.13.*.*
129.13.3.*129.13.35.*129.13.41.*129.13.42.*
129.13.3.*
129.13.41.*
129.13.42.*
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Kommunikationsnetze -- 7. Das Internet (WS 2018/19) 21
Wegewahl bei IP
▪ Routingtabelle in jedem System
▪ Zieladresse → Zeile für die Weiterleitung:
• Durchsuche Host-Adressen
• Durchsuche Netzwerkadressen
• Suche nach Default-Eintrag
▪ Zwei Möglichkeiten:
• Rechner direkt erreichbar (direct route)
• Rechner indirekt erreichbar (indirect route)
▪ Erforderlicher MAC-Rahmen wird adressiert an:
• Zielsystem (bei direct route)
• Router (bei indirect route)
Beispiel der Adressierung▪ Kommuniziert werden soll mit den folgenden Rechnern
• 129.13.35.73 (sioux.telematik.informatik.uni-karlsruhe.de)
• 132.151.1.19 (www.ietf.org)
▪ Die Routingtabelle sieht wie folgt aus:
Kommunikationsnetze -- 7. Das Internet (WS 2018/19) 22
Destination 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
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Kontroll- und Datenpfad
▪ Datenpfad in Vermittlungsschicht
• Weiterleitung der Datenpakete
▪ Kontrollpfad in darüber liegender Schicht
• für den Austausch von Routingkontrollinformation(Routing-PDUs in N-PDUs oder sogar in T-PDUs gekapselt)
▪ Routinginformation
• Austausch/Sammlung durch Routingprotokoll
• Speicherung in Routingtabelle
▪ Routingalgorithmus verwaltet die Routingtabelle
• Einfügen/Löschen/Ändern von Einträgen
• auf der Basis der gewonnenen Routinginformation
Die Internet-Protokollwelt - 4. Routing 23
Vermittlung
Routing-PDUs
Daten-PDUs
Routing-PDUs
Daten-PDUs
Routing-Algorithmus
Routing-tabelle
Datenpfad
Kontrollpfad
Motivation für eine „neue”Internet-Protokollsuite
▪ Adressierungsprobleme• 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
▪ Sicherheitsprobleme
▪ Verstärkte Dienstgüteanforderungen durch Multimediaanwendungen
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Eigenschaften von IPv6 im Überblick
▪ Erweiterte Adressierungsmöglichkeiten
▪Neues IP-Paketkopfformat• Einfachere Struktur
• Verbesserte Behandlung von Optionen
▪ Segmentierung nur Ende-zu-Ende
▪ Autokonfiguration von IP-Systemen
▪Dienstgüteunterstützung
▪Multicast-Integration
▪ Sicherheitsvorkehrungen
Kommunikationsnetze -- 7. Das Internet (WS 2018/19) 25
IPv6-Adresse
▪ 128 bit lange Adressen• Theoretisch 3, 4 1038 Adressen
• Optimistische Abschätzung: 700 1021 pro m2
• Pessimistische Abschätzung (RFC1715): 1.700 pro m2
▪Neue Notation• 8 durch Doppelpunkte getrennte 4-stellige Hexadezimalzahlen
5800:0000:0000:0000:0000:0000:0056:0078
• Reihen von Nullen können weggelassen werden5800::56:78
▪ Strukturinformation zur hierarchischen Lokalisierung
Kommunikationsnetze -- 7. Das Internet (WS 2018/19) 26
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IPv6 in der Praxis
▪ Betriebssysteme in der Regel IPv6-tauglich
▪ Sehr viele Produkte/Geräte IPv6-kompatibel
▪ Aber• In der Regel Verwendung von IPv4 (Investitionsschutz)
• Einsatz der alten Technik durch Erweiterungen von IPv4 weiterhin möglich
• Kein zu großer Druck seitens der Anwendungen, die speziellen Eigenschaften von IPv6 zu nutzen
▪ IPv6 immer noch nicht weit verbreitet…
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Adressauflösung IP-Adresse →MAC-Adresse
▪ Aufgabe:• Umsetzen der IP-Adresse Schicht-2-Adresse (MAC-Adresse)
• Beispiel Rechner „Sioux“:− IP-Adresse: 129.13.35.73 Ethernet-Adresse: 08-00-2b-a2-80-dd
▪ Vorgehensweise:• Übergabe der IP-Adresse zur Adressauflösung an die ARP-Instanz
• Rundruf (Broadcast) im lokalen Netz unter Angabe der gesuchten IP-Adresse
• Broadcast von allen Stationen am Netz empfangen
• Antwort (Unicast) von der Station, die ihre IP-Adresse erkennt
• Zwischenspeichern der Antwort für ein gewisses Zeitintervall
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Kommunikationsnetze -- 7. Das Internet (WS 2018/19) 29
Address Resolution Protocol (ARP)
IP
ARP
129.13.35.73
129.13.35.75
129.13.35.71
ARPARP
Gesucht: Hardware-Adresse zu 129.13.35.73
(1) „Rechner 129.13.35.71 suchtRechner 129.13.35.73”
(2) „Ich bin Rechner 129.13.35.73 und meine MAC-Adresse ist 08-00-2b-a2-80-dd”
ICMP – Internet Control Message Protocol
▪ Keine Meldung einzelner Paketverluste durch IP (unzuverlässiger Datagrammdienst)
▪ Meldung schwerwiegender Probleme (z. B. Unterbrechung einer Leitung) mittels ICMP zur Vermeidung von Folgefehlern
▪ ICMP → Austausch von Fehlermeldungen, Statusanfragen und Zustandsinformation
Kommunikationsnetze -- 7. Das Internet (WS 2018/19) 30
Router
Router
Router RouterLeitung
unterbrochen
ICMP-Nachrichten
Sender
Empfänger
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Transmission Control Protocol TCP
▪ Verbindungsverwaltung
• Verbindungsaufbau zwischen zwei „Sockets” (entspricht CEP im TSAP)
• Datentransfer über virtuelle Verbindung
• Gesicherter Verbindungsabbau (alle Daten müssen quittiert sein)
▪ Multiplexen
• Mehrere Anwendungsprozesse gleichzeitig über einer TCP-Instanz
▪ Datenübertragung
• Vollduplex
• Reihenfolgetreue
• Flusskontrolle mit Fenstermechanismus
• Fehlerkontrolle durch Folgenummern (Sequenznummern), Prüfsumme, Quittung, Übertragungswiederholung
• Zeitbehaftete Daten: Falls Auslieferung in bestimmter Zeit nicht möglich ist, wird der Dienstbenutzer informiert
▪ Fehleranzeige
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TCP: Adressierung▪ Identifikation von Anwendungsprozessen über Ports
▪ Portnummern bis 1024 für häufig benutzte Dienste reserviert:„Well-known Ports“, z. B. 21 für FTP, 23 für TELNET, 80 für HTTP
▪ Socket: Internetadresse eines Rechners und Portnummer
▪ Notation: (IP-Adresse:Portnummer) → Internet-weit eindeutig
▪ Beispiel:
Kommunikationsnetze -- 7. Das Internet (WS 2018/19) 32
Port21
Port400
TCP
IPNetz-zugang
TCP
IPNetz-
zugang
Internet
FTP-Server
FTP-Benutzer A
Port400
TCP
IPNetz-
zugang
FTP-Benutzer B
141.24.191.41 129.13.42.112 129.13.42.115
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TCP: Verbindungsmanagement
Kommunikationsnetze -- 7. Das Internet (WS 2018/19) 33
Clo
se PassiveC
lose
Act
iv
Ver
bin
du
ngs
aufb
au
Closed
Listen
SYN rcvd SYN sent
Estblshd
FIN wait1
FIN wait2
Closed
Closing
Timed wait
Close wait
Last ACK
Connect; SYN
Close; -
Listen; - Close; -
SYN; SYN+ACK
RST; - Send
SYN; SYN+ACK(gleichzeitig)
ACK; -
SYN+ACK; ACK
Close; FIN Close; FIN FIN; ACK
FIN; ACK
Close; FIN
FIN; ACK
ACK; - ACK; -
ACK; -
FIN+ACK;ACK
(Timeout; -)
Kommunikationsnetze -- 7. Das Internet (WS 2018/19) 34
TCP: FenstermanagementSender Empfänger
Anwendungschreibt 2KB
Anwendungschreibt 3KB
Sender kann bis zu2KB übertragen
Sender istblockiert
Empfängerpuffer0 4K
Leer
Voll
2K
2K
2K1K
Anwendung liest 2KB
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TCP: Staukontrolle
Anzahl der Übertragungen
Üb
ertr
agu
ngs
fen
ster
(K
B)
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 240
4
8
12
16
20
24
28
32
36
40
44
Schwelle
Schwelle
Timeout
Kommunikationsnetze -- 7. Das Internet (WS 2018/19) 36
User Datagram Protocol UDP
▪ Unzuverlässig, verbindungslos, einfacher und schneller als TCP
▪ Demultiplexing der empfangenen Pakete basierend auf der Port-Nummer
▪ Optionale Prüfsumme
▪ Auch hier festgelegte, sogenannte „well-known” Ports:
• 13: daytime
• 53: domain name server
• 123: network time protocol
▪ Verwendet von Multimedia-Anwendungen (VoIP, Videostreaming)
0 31
Paket-kopf
Source Port Destination Port
Message Length Checksum
Daten ...
16
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Land
InstitutionAbteilung
Rechner
Anwendungsnahe Adressierung im Internet
▪ Adressierung über logische Namen• Einfacher zu merken• Dienste einfacher auf andere Rechner übertragbar
▪ Aufbau eines logischen Namens• Weltweit eindeutig• Hierarchische Struktur• Gliederung in Domänen
▪ Beispiel• ikmcip1.e-technik.tu-ilmenau.de
▪ Benötigt:• Abbildung logischer Name → IP-Adresse• Ursprünglich: Datei (hosts.txt), die jede Nacht vom Server geladen wurde• Problem: steigende Anzahl der Namen
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Domain Name System, DNS
▪ Namensraum in Zonen aufgeteilt:
Die Internet-Protokollwelt - 5. Transportschicht im Internet 38
Länder Allgemeine Kategorie(vorrangig innerhalb der USA)
us de se ... uk net org gov mil edu com
tu-ilmenau
e-technik
ikmcip1
nasa
...www
Geplante, z. T. bereits realisierte weitere Zonen (Top Level Domains):• app – Handy-Apps• farm – Landwirtschaft • info – Information • red – für Leute, die rot mögen• singles – für Online-Dating• vodka – wie der Name schon sagt• work – ???
ac co
Top Level Domains:
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DNS – Beispiele
Auflösung der Adresse eines Web-Servers:
Auflösung der Adresse eines Mail-Servers:
Die Internet-Protokollwelt - 5. Transportschicht im Internet 39
http://www.nasa.gov/ IP-Adresse für
www.nasa.gov ?
198.116.142.34 http 198.116.142.34
mail seitz@ieee.orgMX-Daten für ieee.org ?
gemini.ieee.org, IP-Adresse 199.172.136.14,
SMTP
smtp 199.172.136.14
Elektronische Post – E-Mail
▪ Internationaler Dienst zum Austausch elektronischer Mitteilungen zwischen Personen oder zwischen Rechnern
Kommunikationsnetze -- 7. Das Internet (WS 2018/19) 40
Umschlag
Inhalt
Briefkasten BriefkastenPostamt Postamt
Absender Empfänger
Absender Empfänger
UserAgent
MessageTransferAgent
MessageTransferAgent
UserAgent
Ter-minal
Ter-minal
(a) Traditionelle Brief-Post
(b) Elektronische Post
Umschlag
Inhalt
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E-Mail im Internet: Simple Mail Transfer Protocol SMTP
▪ ASCII-basiertes Anwendungsschichtprotokoll
▪ Genutztes Transportschichtprotokoll: TCP
▪ Well-known Port: 25 (für authentische E-Mails 587)
▪ Dienste Übermittlung und Vervielfältigung• Keine Bestätigung der Auslieferung durch SMTP→ in E-Mail-Programm integriert
Kommunikationsnetze -- 7. Das Internet (WS 2018/19) 41
User
Sender-SMTP
Receiver-SMTP
SMTPCommands
RepliesFile
SystemFile
System
Beispiel für einen SMTP-Dialog
R: 220 MIT-Multics.Arpa Simple Mail Transfer Service Ready
S: HELO Isi-VaxA.Arpa
R: 250 MIT-Multics.Arpa
S: MAIL FROM: Smith@Isi-VaxA.Arpa
R: 250 OK
S: RCPT TO: Jones@MIT.Multics.Arpa
R: 250 OK
S: DATA
R: 354 Start mail input; end with <CRLF>.<CRLF>
S: < Text Line 1 >
< etc. >
.
R: 250 OK
S: QUIT
R: 221 MIT-Multics.Arpa Service closing transmission channel
Kommunikationsnetze -- 7. Das Internet (WS 2018/19) 42
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E-Mail-Abruf:Post Office Protocol (POP3)
▪ Post Office Protocol POP in der Version 3
▪ Mittels POP3 holt der Mail-Client die vom SMTP-Server empfangenen und in den Mail Folder eingestellten Meldungen ab
Kommunikationsnetze -- 7. Das Internet (WS 2018/19) 43
Internet
POP 3
SMTP
Mail Folder Mail Client
empfangene Nachrichten
gesendete Nachrichten
E-Mail-Abruf:Internet Message Access Protocol IMAP
▪ Herunterladen der Mails von einem Mail-Server
▪ Funktional eine Obermenge von POP
▪ Funktionen, um Mail bereits auf den Server zu durchsuchen und zu analysieren• Zustand des Mail-Kontos auf dem Mail-Server geführt
• konsistente Sicht auf empfangene und gelesene Mails trotz der Benutzung unterschiedlicher Endgeräte
• selektiver oder auch partieller Nachrichtentransfer
▪ zusätzliche Funktionalität in der Autorisierungsphase („Kerberos“) und in der Unterstützung allgemeiner Mailboxen mit Zugriffsmöglichkeiten mehrerer Benutzer bzw. Benutzergruppen
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Multipurpose Internet Mail Extension, MIME
▪ SMTP: • einfache ASCII-Texte als Nachrichten • keine Struktur für den Hauptteil einer Nachricht
▪MIME [RFCs 2045 – 2049]: • Erweiterung des Hauptteils einer Nachricht um
Formatinformation durch zwei neue Datenfelder für den Kopfteil einer Nachricht:− Content-Type: Typ des Hauptteils
bisher Text, Multipart, Message, Application (Binary), Image, Audio, Video und X-private
− Content-Transfer-Encoding: Transfer-Syntax, in der die Daten des Hauptteils übertragen werdenbisher Base 64, Quoted Printable, 7bit, 8bit und binary
Die Internet-Protokollwelt - 9. Anwendungen im Internet 45
Nachrichtenkopf(incl. MIME-
Formatinformationen)
Nachrichtenrumpf
Text
Bild
Audiosequenz
Mail und Sicherheit:Pretty Good Privacy (PGP)
▪ Aufgabe: Authentisierung und Verschlüsselung von Dateien
▪ Funktionsweise (bei Nutzung aller Möglichkeiten):
1. Datenkompression (ähnlich gzip)
2. Daten-Authentisierung durch digitale Signatur
3. Symmetrische Verschlüsselung mit
Sitzungsschlüssel, der Public-Key-verschlüsselt
vorangestellt wird
4. „Base64”-Kodierung für Mail-Übertragung
▪ Datenformat inzwischen IETF-Standard: OpenPGP (RFC 2440)
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Zur Entwicklung desWorld Wide Web (WWW)
▪ Hervorgegangen aus Arbeiten des britischen Informatikers Tim Barners-Lee am europäischen Forschungszentrum CERN (Genf)• Ziel: Einfacher weltweiter Austausch von Dokumenten zwischen den Wissenschaftlern
▪ Erster Prototyp Ende 1990• grafisch (auf NEXTStep) und zeilenorientiert
▪ Durchbruch des WWW durch den von Marc Andreesen und Eric Bina (University of Illinois) entwickelten WWW-Client Mosaic• ursprünglich auf Unix-Workstation unter X-Window-System entwickelt
• als Quellcode per FTP kostenlos verfügbar → schnelle Verbreitung
▪ Gründung eines W3-Konsortiums zur Standardisierung des WWW im Juli 1994 (Vorsitzender: Tim Barners-Lee)
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Ideen und Ziele des Web
▪ Lokalisierung von Information mit Hilfe einer einheitlichen Adressierungsmethode
▪ Einheitlicher Zugang (lesen und schreiben) über eine standardisierte Benutzerschnittstelle
▪ Inhalte als Hypermedia-Dokumente, visualisierbar, abspielbar auf unterschiedlichsten Rechnern
▪ Integration externer Informationsquellen(z.B. Datenbanken)
▪ Unterstützung von Transaktionen als Grundlage für interaktive Anwendungen (Client/Server)
▪ Keine Reglementierung von Informationsanbietern, inhärente Informationsverteilung
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Anforderungen eines verteilten Dokumentensystems
▪ Kodierung der Dokumente• Inhalt
• Semantik
• Darstellung
▪ Identifikation der Dokumente• Lokalisierung
• Zugriff
▪ Transport der Dokumente
▪ Dokumentenformat• HyperText Markup Language (HTML)
− Document Type Definition (DTD)
− Standardized General Markup Language (SGML)
▪ Identifikationsschema• Uniform Resource Identifier (URI)
− Uniform Resource Name (URN)
− Uniform Resource Locator (URL)
▪ Transferprotokoll• Hypertext Transfer Protocol (HTTP)
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Architektur und Protokolle
▪ Client/Server-Architektur
▪ Synchrones Kommunikationsmodell (Request/Response)
▪ Ressourcen• Einheit der Kommunikation zwischen Client und Server
• Statisch oder dynamisch
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Web-Client
Web-Server Ressourcen
Request
Response
HTTP
Web-Seite
Web-Seite
Web-Seite
Web-Seite
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Uniform Resource Identifier (URI)
▪ Syntax für alle Identifikatoren [RFC 1630]:• <uri> ::=
<scheme>":"<scheme-specific-part> • <scheme>
− Bezeichnet das Namensschema für diesen URI
• <scheme-specific-part>− Enthält aktuelle Identifikation entsprechend des scheme
▪URIs können sein:• Namen – Uniform Resource Name
• Lokationen / Adressen – Uniform Resource Locator
• Metainformationen – Uniform Resource Characteristic
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Abgrenzung: Web und Internet
▪ Internet → Verknüpfung heterogener Netzwerke• Basis: Vermittlungsschichtprotokoll IP
• Verschiedene Transportprotokolle verfügbar (TCP, UDP, ...)
• Vielzahl von Anwendungsprotokollen (Telnet, FTP, RTP, SMTP, HTTP, ...)
World-Wide Web → einer von vielen Internetdiensten, Integration anderer Internetdienste in das World-Wide Web möglich
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Protokoll-Flexibilität des Web-Clients
▪ FTP: • Anzeige von Dateien eines FTP-Servers in der Web-Seite oder direkte Abholung durch Angabe des FTP-
URL
▪ NNTP: • Angabe der gewünschten Newsgruppe im NEWS-URL
▪ SMTP: • Struktur des URL ist mailto:name@adresse
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WWW-Client
Internet
WWW-Server NEWS-ServerFTP-Server Mail-Server . . .
HTTP FTP NNTP SMTP
Web-Client & Web-Server
▪ Client:• URL einlesen
− Servername extrahieren und Serveradresse bestimmen
− Dateiname extrahieren
• TCP-Verbindung zum Server / Proxy aufbauen
• HTTP-Request erstellen und schicken
• HTTP-Response (aktiv) empfangen
• HTTP-Response interpretieren
• Inhalte darstellen bzw. ausführen
▪ Server:• Auf HTTP-Requests warten
• HTTP-Requests interpretieren
• Requests bearbeiten− Zugriff auf Dateisystem
− Eventuell Delegation
• Mit entsprechender Response antworten
• Unterschiedliche Realisierungs-möglichkeiten− Iterativer Server
− Nebenläufiger Server
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Cookies
▪ HTTP zustandslos, d.h. kein Zusammenhang zwischen zwei Anfragen
▪ Mit Cookies Speicherung des Zustands beim Client
▪ Protokollprimitive:• Set-Cookie (Server➔Client)
• Cookie (Client➔Server)
▪ Beispiele für ein Cookie:• AWID• 141.24.92.233.250231057309646408• www.adobe.com/• 1536• 30307898• 1748280672• 29573643• *
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HTTP – Zustandsbehaftete Kommunikation
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Client Server
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Voice over IP (VoIP)
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PC mit PC:
PC mit Telefon:
IP-Netz(Intra- oder Internet)
VoIP-Gateway
ISDN-TK-
Anlage
IP-Netz(Intra- oder
Internet)PSTN
Protokolle für VoIP
▪ Protokolle für die Übermittlung der Sprache: • RTP, RTCP
▪ Protokolle für die Übermittlung der Signalisierung, d. h. VoIP-Signalisierungsprotokolle:• H.323, SIP
▪ Protokolle für die Anbindung herkömmlicher TK-Systeme für die Sprachübermittlung an die IP-Netze; d. h. so genannte Media Gateway Control Protokolle: • MGCP, Megaco
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Integration von IP und Telefonie durch H.323
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• Optimiert für Daten-anwendungen
• Effiziente Nutzung der Bandbreite
IP-Netz
Daten
• Optimiert für Sprach-und Video-Anwendungen
• Isochrone Übertragung
Telefonienetz
SpracheVideo
H.323 verbindet dieseunterschiedliche „Welten”
H.323-Basiskomponenten
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MultipointControl UnitH.323-Terminal H.323-Terminal
MCUGate-
keeper
VoIP-Gateway
ISDN B-ISDNTelefon-
netz
H.323-Zone
H.324H.320
H.321
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TCP/IP und VoIP-Protokolle
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TCP UDP
H.323-SIG SIP RTPRTCP
Audio / VideoSignalisierung
Internet Protocol
Rechner-Netzanschluss
Session Initiation Protocol (SIP)
▪ RFC 2543 der IETF (Internet Engineering Task Force)
▪ Signalisierungsprotokoll für die Übermittlung von Audio und Video über IP-Netze
▪Mit H.323 vergleichbar, aber weniger komplex und einfacher zu implementieren
▪ Client/Server-Prinzip
▪Unterstützung der Mobilität von Benutzern
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Beispiel für einen SIP-Verlauf
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Romeo@montague.de Julia@capulet.de
INVITE Julia@capulet.de
VoIP - Verbindung
180 Ringing
200 OK
ACK Julia@capulet.de
BYE Romeo@montague.de
200 OK
Aktuelle Trends
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IMT-2020 (5G) Promotion Group: 5G Visions and Requirements, White Paper, May 2014.http://euchina-ict.eu/wp-content/uploads/2015/03/IMT-20205GPG-WHITE-PAPER-ON-5G-VISION-AND-REQUIREMENTS_V1.0.pdf
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Literatur
▪ COMER, D.E.: Computernetzwerke und Internets mit Internet-Anwendungen. 3. überarbeitete Auflage, München: Pearson Studium / Prentice Hall, 2002. ISBN 3-8273-7023-X.
▪ COMER, D.E.: TCP/IP – Konzepte, Protokolle und Architekturen. 4. Auflage, Bonn: mitp-Verlag, 2003. ISBN 3-8266-0995-6.
▪ KRÜGER, G. u. D. RESCHKE, Hrsg.: Lehr- und Übungsbuch Telematik – Netze, Dienste, Protokolle. 3. aktualisierte Auflage, München; Wien: Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag, 2004. ISBN 3-446-22862-4.
▪ 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 3-446-22979-5.
▪ STEVENS, W.R.: TCP/IP Illustrated, Bd. 1 – The Protocols. Boston; San Francisco; New York: Addison-Wesley, 1994. – ISBN 0-201-62246-9.