GITGrundlagen der Internet Technologie
IPIPInternet ProtokollInternet Protokoll
Adressierung und Adressierung und Routing Routing fürs fürs Internet Internet
von Stephan Senn
2. Mai 2003 2
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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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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
2. Mai 2003 17
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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)
2. Mai 2003 22
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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)
2. Mai 2003 23
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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?
2. Mai 2003 24
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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.
2. Mai 2003 25
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Probleme mit IPv4Probleme mit IPv4
• Ausgehende Internet-Adressen• Unterschiedliche Datenstrukturen• Sicherheitsaspekt• Dynamic Host Configuration Protocol
(DHCP)
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