KT Internet Protokolle - Kapitel 7

Algorithmische Umsetzung:

• Falls zwischen den Adressformaten ein algorithmischer Zusammenhang besteht, ist die direkte Bestimmung der MAC-Adresse die eleganteste Losung. ¨ Falls es keinen direkten Zusammenhang gibt, kann er herbeigefuhrt werden, indem man die ¨ MAC-Adresse software-massig umsetzt. Solche Knoten haben dann zwei MAC-Adressen; ¨ eine global- und eine lokal-administrierte
• Vorteil: Eleganz, Effenzienz und Sicherheit.
• Nachteil: Spezielle Treiber werden benötigt (z.B. bei Netzwerkdruckern)

Tabellengesteuerte Übersetzung:

• Vorteil: Sehr einfach, Vollständige Kontrolle
• Nachteil: Unterhalt der Tabellen, Fehleranfällig wenn manuell ausgeführt

Nachrichtentausch:

• Bei diesem Verfahren fordert ein Knoten, der eine Adresse auflosen ¨ muss, die anderen Knoten auf, ihm die erforderlichen Informationen zu senden. Der Nachteil liegt im zusatzlichen Verkehr. Im extremsten Fall w ¨ urden f ¨ ur jedes zu sendende Paket zwei ¨ zusatzliche Frames (eine Adressanfrage und eine Antwort) ¨ ubertragen.

Hinweis: ARP (Adress Resolution Protocol) kombiniert die letzten beiden Punkte

• Zusätzlich LLC und SNAP (Logical Link Control / Subnet Access Protocol). z.B. für Flow Control, Error Detection und Retransmission.
• MTU ist damit 1500-8 =1492 Bytes

Nachrichtentausch und Tabellengesteuerte Übersetzung

Muss ein Knoten eine Protokoll-Adresse in eine Hardware-Adresse umsetzen, so sendet er an die Broadcast-Adresse ein ARP-Request-Paket. Dieses wird von allen Knoten im lokalen Netz empfangen. Der Knoten, der die entsprechende IP-Adresse besitzt, sendet als Antwort ein ARPReply-Paket an den anfragenden Knoten. Im Gegensatz zu den ARP-Anfragen werden also ARPAntworten nicht mit Broadcast versandt.

00:00:00:00:00:00

Beim Request wird als Ziel-Adresse eine Broadcast-Adresse angegeben und das Feld ” Hardware Address of Target“ ist null (weil nicht bekannt).

Jeder Knoten führt eine Tabelle, ein sogenanntes ARP-Cache, in welche er die ihm bekannten Protokoll/Hardware-Adresspaare einträgt. Diese Einträge werden mit der Zeit gelöscht (Vergleichbar mit Garbage Collector in Java)

Ein Gratuitous ARP-Request wird verwendet, um IP-Adresskonflikte zu erkennen. Dazu versendet der Knoten nach jeder Adresszuweisung beim Booten oder bei Anderungen der IP-Adresse einen ARP-Request fur seine eigene IP-Adresse Falls diese IP-Adresse schon vergeben ist, also ein Konflikt besteht, wird der anfragende Knoten einen ARP-Reply empfangen. Keine Antwort bedeutet also, dass (zurzeit) kein Konflikt besteht.

Ja, mit dem Zweck, die ARP-Cache der anderen Knoten zu benachrichtigen. 

Eine IP-Adresse für eine bestimmte Ethernet/MAC-Adresse muss gefunden werden.

RARP steht für Reverse Address Resolution Protocol

Gelegentlich muss ein Router oder Empfanger-Host dem Sender eine Mitteilung zurücksenden, um zum Beispiel einen Fehler zu melden. Zu diesem Zweck wird das Internet Control Message Protocol (ICMP) benutzt.

zum Beispiel wenn ein  Datagramm das Ziel nicht erreichen kann, weil ein Router nicht genügend Buffer-Kapazität besitzt, aber auch wenn ein Router einen kürzeren Weg für ein Datagramm erkennt.

• Destination Unreachable
• Sourche Quench
• Redirect
• Time Exceeded
• Parameter Problem

• Echo Request / Reply
• Timestamp Request / Reply
• Information Request / Reply

• Ein Router stellt anhand seiner Routing Tabelle fest, dass das im Datagramm angegebene Ziel nicht erreichbar ist.
• Ein Router stellt fest, dass das Port, über welches das Diagramm gesendet werden müsste nicht aktiv ist.
• Der Ziel-Host kann mit dem Datagramm nichts anfangen weil z.B. das höhere Protokoll oder der Applikationsport nicht bekannt ist.
• Ein Router müsste ein Datagramm zur Weiterleitung fragmentieren, dessen Don't Fragment Flag gesetzt ist.

• Ein Router enthält ein Datagramm, dessen Lebensdauer abgelaufen ist. Das Datagramm wird weggeworden und dem Absender wird dies mittels einer Time Exceeded Meldung gemeldet.
• Ein Ziel Host kann inheralb einer bestimment Zeit ein Datagramm nicht vollständig zusammenstellen, weil Fragmente fehlen. Das ganze Datagramm muss weggeworfen werden.

Wenn er eine an ihn adressierte Echo Meldung erhält.

Version 4 Bit: Version des IP Protokolls (IPv4 oder IPv6)

Internet Header Length IHL 4 Bit: Länge des Headers

4 Bits -> maximaler Wert 15  -> maximale Länge des Headers inkl. Optionen: 15 * 4 Bytes = 60 Bytes

Type of Service 8 Bit:

DSCP    0–5    Differentiated Services Codepoints

ECN    6–7    Explicit Congestion Notification

Total Length 16 Bits: Gesamte Länge in Bytes, inklusive Header und Nutzdaten

16 Bits -> (2^16) -1 = 65'535 Bytes für die maximale Länge eines Pakets

Time to Live (TTL) 8 Bits: Verbleibende Lebenszeit für ein Paket (Anzahl Hops von Router)

Protocol 8 Bits: ICMP = 1, TCP = 6, UDP = 17

Header Checksum 16 Bits: Prüfsumme über den Header:

Fehler in Nutzdaten von höheren Layern korrigieren

Source Address 32 Bits: IP Adresse Sender

Destination Address 32 Bits: IP Adresse Empfänger

Options / Padding (variabel): Wird selten verwendet

Identification Number 16 Bits: Eindeutige Kennung des ursprünglichen IP-Packets: Erlaubt dem Empfänger, die zusammengehörigen Fragment zu identifizieren

Flags 3 Bits: 1 Bit: Must be Zero, 2 Bit: Don’t Fragment

3 Bit: Last/More Fragments

Fragment Offset 13 Bits: Gibt an wo ein Packet hin gehört (in 8-Byte Einheiten)

Network Layer

• Router benutzen immer optimalen Pfad (in WAN effektiver)
• Router können Netze logisch und verkehrsmässig trennen (bei grossen Netzen wichtig)
• Trennen von Netzbereiche erhöht Sicherheit, Übersicht und vereinfacht Verwaltung
• Router wie Barriere für Broadcast (Broadcast-Storms (lawinenartige Anhäufungen von Broadcast-Meldungen))

• Router teurer als Bridges
• Router nicht einfach konfigurierbar. Bridges nur anschliessen
• Es gibt Protokolle, die nicht routen lassen, da sie über keine Schicht 3 verfügen.
  “Nonroutable Protocols“: sind beispielsweise meisten Automatisierungs-Protokolle. Für den Transport dieser Protokolle sind Bridges oder Hubs erforderlich.

Routing: optimalen Weg (Route) im Netz bestimmen

Forwarding: Weiterleitung Datenpakete entlang Routen

• Routing Information Protocol (RIP)
• Open Shortest Path First (OSPF)

• Exterior Gateway Protocol (EGP) mit Border Gateway Protocol (BGP)

Der Zusammenschluss verschiedener, technologisch unterschiedlicher Netze zu einem grossen, einheitlich erscheinenden Netz mit einem eigenen Adressraum (Internet, virtuelles Netz)

Vier Grundsätze des Internet

1. Jedes Netzwerk für sich selbst funktionsfähig
   (für Anschluss ans Internet soll keine netzinterne Anpassung nötig sein)
2. Die Kommunikation basiert auf „best effort“
   1. Schafft Paket nicht zum Ziel: (falls notwendig) nach kurzer Zeit von der Quelle nochmals übertragen
3. Die Verbindung der Netze erfolgt durch Black Boxes (Router)
   1. In Black Boxes soll über die einzelnen Paketflüsse keine Information gesammelt werden
   2. Dadurch können sie einfach gehalten werden und sich rasch von irgendwelchen Fehlerzuständen erholen
4. Keine zentrale Funktionssteuerung benötigt werden

Jeder Host hat mindestens eine Adresse

Multi-Homed Hosts haben mehrere IP-Adressen

Subnetzmaske bestimmt Grenze zwischen Netz- und Host-Adress. Zb: 255.255.255.0

Netzadresse

Knotenadresse AND Subnetzmaske = Netzadresse

Broadcast

Knotenadresse OR inverti. Subnetzmaske = Broadcast

A: 0…

B: 10…

C: 110…

D: 1110…    Multicast-Adresse

E: 11110…    Reserviert

Ist für Loopback - Test reserviert (kein Netzwerk/-Interface nötig)

Die heute Verwendete Struktur mit Netzmaske, die eine Einteilung in Zweierpotenz-Schritten erlaubt.

Problem: B-Netz zu klein, C-Netz zu gross

erlaubt eine flexible Zuteilung von Adressenräumen in Zweierpotenzschritten

Zum Beispiel:

• Aufteilung eines B-Netzes in 16 kleinere Netze
• Zusammenfügen von 4 C-Netzen zu einem Netz mit 1024 Adressen

Vorteile: Sinnvollere Zuteilung von Netzen, weniger Adressverschwendung

Nachteile: Neuer Parameter muss mitgeführt werden (Subnetzmaske), Grösse der Routingtabelle

siehe Bild