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GITGrundlagen der Internet Technologie

IPIPInternet ProtokollInternet Protokoll

Adressierung und Adressierung und Routing Routing fürs fürs Internet Internet

von Stephan Senn

2. Mai 2003 2


InhaltInhalt• Orientierung: Die Netzwerkschicht (1min)

• Aufgabe des Internet Protokolls (1min)

• Header eines Datenpakets (1min)

• Fragmentierung und Assembling (1min)

• Adressierung (5min)– Aufbau der Adressen– Subnetze und Netzmasken

• Routing (5min)– Aufgabe– Routing-Verfahren– Beispiel

• Probleme mit IPv4 (für spätere Diskussion)

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Die NetzwerkschichtDie NetzwerkschichtISO/OSI-Modell Standard-Internet-

Protokollarchitektur Application Layer Application Layer Presentation Layer Session Layer Transport Layer TCP / UDP Network Layer IP / ICMP Datalink Layer Link Layer Physical Layer

IP: Internet Protocol

ICMP: Internet Control Message Protocol

TCP: Transmission Control Protocol

UDP: User Datagram Protocol

• Das IP entspricht im ISO/OSI-Modell der Netzwerkschicht.

• Merke:– Keine Flusskontrolle möglich!– Keine Fehlerkorrektur der Daten

möglich!– ICMP: Fehlererkennung nur im Rahmen

der Netzwerkschicht! Betrifft nur den Internet Header und nicht die eigentlichen Daten!

– Kein automatisch erneutes Senden von fehlerhaften Daten!

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Aufgabe des Internet ProtokollsAufgabe des Internet Protokolls• Hauptaufgabe: Datenpakete an Subnetze weiterleiten• Jetzige Version: IPv4 (seit 1980)• IP Next Generation (IPng): IPv6• Stellt zwei grundlegende Funktionen zur Verfügung:

– Adressierung:• Prinzip der Adressvergabe• Systematisches Auffinden von Adressen im Netz

– Fragmentierung: • ‚Aufsplittung‘ eines Datenpakets in kleinere Datenpakete• Anschliessendes Assembling (Zusammenfügen) der Datenpakete

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Internet Internet HeaderHeader

Version IHL Type of Service Total Length Identification Flags Fragment Offset

Time to Live Protocol Header Checksum Source Address

Destination Address Options Padding

‚Selbstzerstörungs-mechanismus‘:Beschreibt die Lebensdauer eines Datenpakets im Netz

Optionen: variables FeldRoute-Tracking, Sicherheitsaspekte, usw.

Für Fragmentierung und Assembling

Dienste zur Beeinflussung der Übertragungsqualität: Verzörgerung, Durchsatz, usw.

Header

Daten

Datenpaket

Internet Header LengthNext-Level-Protokolle

Ausgleichsfeld: variables FeldInternet Headers müssen ein Vielfaches von 32Bits sein.

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FragmentierungFragmentierungHeader

Daten

Header

Fragment #1

Header

Header

Fragment #3

3Bytes

1Byte

1Byte

1Byte

Fragment Offset: 0BytesMore Fragments: 1Identification: 111

Fragment Offset: 1ByteMore Fragments: 1Identification: 111

Fragment Offset: 2BytesMore Fragments: 0Identification: 111Identification: 111

• Datenpakete werden in Fragmente aufgeteilt.

• Übertragungskanal beeinflussen: Für das Zusammenspiel von schwachen und starken Netzen untentbehrlich!

• Merke:– Jedes Fragment enthält

wiederum einen Header!– Fragment Offset als Angabe

für die Reihenfolge!– Eindeutige Kennung mit

Identification!

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AdressierungAdressierung

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Die InternetadresseDie Internetadresse

• Jede Internetadresse besteht aus vier Zahlen von 0 bis 255 (1Byte).z.B. 129.132.200.35

• Sie hat eine Länge von 32Bits (4Bytes).• Aufbau jeder Internetadresse:

Präfix Netzadresse Hostadresse

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AdressklassenAdressklassen

• Es gibt drei Adressklassen:Klasse Präfix Netzadresse Anzahl

NetzadressenHostadresse Anzahl

HostadressenA 0 7Bits 126 24Bits 16777214B 10 14Bits 16382 16Bits 65534C 110 21Bits 2097150 8Bits 254

Klasse von bis feste Bitstellen

A 1.0.0.0 126.0.0.0 00000000.00000000.00000000.00000000 B 128.0.0.0 191.255.0.0 10000000.00000000.00000000.00000000 C 192.0.0.0 223.255.255.0 11000000.00000000.00000000.00000000

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Welche Adressklassen sind für Welche Adressklassen sind für welche Netzwerke?welche Netzwerke?

• Klasse A: für grosse Netzwerke mit vielen Hosts

• Klasse B: für mittlere Netzwerke mit einer mittleren Anzahl Hosts

• Klasse C: für kleine Netzwerke mit einer geringen Anzahl Hosts

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Beispiel: ETHBeispiel: ETH--NetzNetz

• Mit dem Befehl ping [URL] kann die Internetadresse ermittelt werden.z.B. ping www.ee.ethz.ch

ETHZ-Netz129.132.0.0

www.ee.ethz.ch129.132.2.198

www.ethz.ch129.132.200.35

www.ssd.ethz.ch129.132.185.100

www.math.ethz.ch129.132.148.197

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Subnetze bildenSubnetze bilden

• Anwendung: ein Netz von einem anderen Netz abgrenzen, Teilnetze bilden

• Nur Hosts mit einer spezifischen Netzkennung werden im Netz erlaubt.z.B. nur 149.76.6.X

• Netzmaske für verschiedene Adressklassen:Klasse Netzmaske Netzmaske in Binärform A 255.0.0.0 11111111.00000000.00000000.00000000 B 255.255.0.0 11111111.11111111.00000000.00000000 C 255.255.255.0 11111111.11111111.11111111.00000000

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Subnetze bilden (2)Subnetze bilden (2)

• Vorgehen: Bitweise Addition der Internetadresse mit der Netzmaske

• Ziel: Netzadresse ‚herausstanzen‘.

Internetadresse 149.76.6.4 10010101.01001100.00000110.00000100

Maskierung 255.255.0.0 11111111.11111111.00000000.00000000

AND 149.76.0.0 10010101.01001100. 00000000.00000000

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Beispiel: Subnetze bildenBeispiel: Subnetze bilden

• Aufgabe: Eine Firma besitzt drei grosse Abteilungen A, B und C mit den Netzadressen 149.76, 149.77 und 149.78 (Adressklasse B). Die einzelnen Abteilungen werden als Subnetze geführt; d.h. ein Host aus der Abteilung A kann nicht mit einem Host der Abteilung B kommunizieren. Die Subnetzmaske lautet dann: 255.255.0.0.

149.76

Access-Bereich

149.77149.78 149.76

149.77149.78

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Symbolische InternetadressenSymbolische Internetadressen

• Numerische Internetadresse: 129.132.200.35

• Symbolische Internetadresse: www.ethz.ch

• Domain: Bereich eines Netzesz.B. .ch, .li, .ethz.ch, .google.ch

• ‚Alias-System‘• Query-Abfrage auf einer globalen

Datenbank (Baumstruktur)• Domain Name System (DNS)

Wurzel

.ch .de

ethz.ch google.ch

ee.ethz.ch

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RoutingRouting

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Was ist Was ist RoutingRouting??

• Definition: Datenpakete von einer Quelladresse zur richtigen Zieladresse führen

• Merke:– Ein Datenpaket enthält keine Informationen, wie es

zum Ziel gelangt!– Aus der Sicht der Datenpakete: Es gibt keine

vordefinierten Pfade!– Routing: betrifft Network-Layer (IP-Adresse)– Switching: betrifft Link-Layer (MAC-Adresse)

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Was ist ein Was ist ein RouterRouter??

• Definition: Gerät, bestehend aus Link- und Network-Layer, das für das Routing zuständig ist

• Router:

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Beispiel: Beispiel: Router Router im Netzim Netz

• Beispiel:Host #1 will ein Datenpaket nach Host #3 schicken!

Netz #1

Server #1

Router #2

Host #2

Host #1

Server #2

Router #1

Netz #2

Netz #4

Router #3

Router #4

Netz #3

Router #5

Router #6

Netz #6

Netz #5

Netz #7

Host #3

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RoutingRouting--VerfahrenVerfahren

• Es gibt mehrere Routing-Konzepte mit spezifischen Routing-Verfahren, die in Protokollen beschrieben sind:– Distanz-Vektor-Routing: z.B. Routing Information Protocol (RIP)– Link-State-Routing: z.B. Open Shortest Pass First (OSPF)

• Es werden Routing-Tabellen verwendet.• Border Gateway Protocol (BGP): Grundrouting-Protokoll,

das die Kommunikation zwischen den einzelnen Routing-Protokollen gewährleistet.

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Statisches und dynamisches Statisches und dynamisches RoutingRouting

• Statisches Routing: Netztopologie oder Teile daraus zu Beginn bekannt, kein Hinzufügen von Netzkomponenten während der Laufzeit möglich!

• Dynamisches Routing: kein Vorwissen über die Netztopologie nötig, Erkennen der Netztopologie zur Laufzeit (dynamisch)

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RoutingRouting--TabellenTabellen• Grundfrage des Routers: An wen leite ich meine Daten

weiter?• Inhalt der Routing-Tabellen:

– Beschreibung der gesamten Netztopologie oder Teile daraus, je nach Routing-Verfahren

– Unterschiedliche Verfahren zur Beschreibung von Netzen: Zeitmessung (z.B. Hello-Protokolle), Distanzangaben (z.B. Hops), u.a.

– Zusätzliche Informationen (Routing-Metriken): Durchsatz, Verzögerung, Zuverlässigkeit, finanzielle Kosten, usw.

• Grundkonzept: zyklischer Austausch der Routing-Tabellen zur Laufzeit (Informationsaustausch)

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RoutingRouting--TabellenTabellen

• So könnte etwa eine Routing-Tabelle eines Routers aussehen:

Netz Hops Router Host/Server Hops Router

#1 0 - Host #1 0 -

#2 0 - Host #2 1 #1

#3 1 #3 Host #3 3 #1

#4 1 #1 Server #1 1 #1

#5 1 #3 Server #2 2 #1

#6 2 #2

#7 2 #1

Wo soll das Datenpaket hin?

An welchen Router muss ich die Daten weiterleiten?

Distanzangaben: Ist dies die kürzeste Distanz? Gibt es eine kürzere Verbindung? Was sagen die erhaltenen Routing-Tabellen der anderen Router?

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Beispiel: Beispiel: RoutingRouting

Netz #1

Server #1

Router #2

Host #2

Host #1

Server #2

Router #1

Netz #2

Netz #4

Router #3

Router #4

Netz #3

Router #5

Router #6

Netz #6

Netz #5

Netz #7

Host #3

• Aufgabe: Host #1 möchte Daten an Server #2 schicken.Netz #1,4: grosse Netze mit 8 RouternNetz #3,2: kleine Netze mit je 3 Routern

XRouter #1 sei defekt!

Status: Router #2Von: Distanz: Nach:Server #2 10Hops (Annahme) Router #3Alter Status: Router #2Von: Distanz: Nach:Server #2 10Hops (Annahme) Router #3

5Hops sind kürzer als 10Hops daher:

Neuer Status: Router #2Von: Distanz: Nach:Server #2 5Hops (Annahme) Router #1

Router #1 schickt seine Routing-Tabelle an Router #2:Von: Distanz: Nach:Server #2 5Hops (Annahme) Router #1

OK!Router #1 wieder OK!

Datenübertragung nach Router #3 erfolgt. Dieser wird die Daten an Router #4 weiterleiten, da dies der kürzeste Weg sei. Router #4 wird die Daten an den Server #2 weiterreichen.

Datenübertragung nach Router #1 erfolgt. Dieser wird die Daten an Router #4 weiterleiten. Router #4 wird die Daten an den Server #2 weiterreichen.

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Probleme mit IPv4Probleme mit IPv4

• Ausgehende Internet-Adressen• Unterschiedliche Datenstrukturen• Sicherheitsaspekt• Dynamic Host Configuration Protocol

(DHCP)

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Fragen...Fragen...

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Vielen Dank für eure Vielen Dank für eure Aufmerksamkeit!Aufmerksamkeit!

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