Datenkommunikation und Sicherheit
DatKom Sommersemester 2014
DatKom Sommersemester 2014
DHCP
Dynamic Host Configuration Protocol
Zuweisung von IP Adressen an Hosts
Aufteilung in DHCP Server und DHCP Relay
IPv6 Adress-Aufbau
Gesamt: 128bit
Global Routing Prefix: n bit
Subnet-ID: 64-n bit
Interface ID: 64 bit
IPv6 Header
- version
- priority
- Flow Label
- Payload Len
- Next Header
- Hop Limit
- SAddress
- DAddress
Routingverfahren
- Flooding
- Backward Learning
- Hot Potato
- Link State Routing
- Distance Vector Routing
- Zentralisiertes Routing
- Statisches Rounting
Statisches Routing
nicht adaptiv
Routing tabelle enthält f.a. Ziele einen eintrag
Zeilen Gewichtet
Vor weiterleitung: Ziehe Zufallszahl und wähle Alternativen anhand der Gewichtung
Zentralisiertes Routing
Jeder Knoten sendet periodisch Zustandsinfos an RCC (routing Control Center)
- aktive Nachbarn, Warteschlangenlängen, Umfang an Verkehr seit letztem Update
RCC sammelt Infos berechnet optimale Wege
Knoten trifft Routingentschedungen selbst anhand der ihm zugewiesenen Routing Tabelle
Isoliertes Routing
Jeder Knoten entscheidet selbst anhand selbst gesammelter Infos
Kein Austausch von Infos
Flooding
Broadcast auf alle Übertragungsleitungen
Eindämmung der Flut druch erkennung von Duplikaten (nummerierung der Pakete)
Kontrolle der Lebensdauer TTL
Hot Potato
Die Übertragungsleitung mit dre kürzesten Warteschlange wird gewählt
Problem: Eventuell wird Ziel nicht erreicht.
Übertragungsweg mit hoher Wahrscheinlichkeit nicht optimal
Backward Learning
Lerne von Pfad aus übertragenen Paketen
Verwende enen Zähler der mit jedem Hop um 1 erhöht wird
Verwende als Weg hin zu einem Knoten denjenigen über den Pakete vom Knoten mit kleinstem Zählerwert empfangen wurden
Distance Vector Routing
tausche mit nachbarn info über eigene routing tabelle aus. Generiere periodisch Abstandsvektoren (Ziel, Kosten) aus allen Einträgen und Versendungen an benachbarte Router
Router addieren Kosten der Leitung über die die Einträge empfangen wurden auf die Eingetragenen Kosten auf und prüfen ob sich dadurch kürzere Pfade zu irgendwelchen Zielen in ihrer Routing-Tabelle ergeben.
BGP Border Gateway Protocol
Distance Vector mit kleinen Modifikation (siehe Distance Vector routing)
Tausche keine Abstandsvektoren aus, sondern kompletten Weg zum Ziel
Link State Routing
- Erkennung der Nachbarn (Hello-Pakete)
- Kostenschätzung/Messung (Echo-Pakete)
- Erzeuge Link-State Paket (Absender, Sequenznummer, Alter, Liste mit Nachbarn + Kosten)
- Verteile Link-State-Paket auf angeschlossenen Netzen (Flooding mit Sequenznummern)
- Berechnung von Routing-Einträgen aus empfangen infos
Algorithmus von Dijkstra
- mache den Ausgangsknoten zum Arbeitsknoten und markiere ihn als permanent
- Betrachte alle nachbarknoten des Arbeitsknoten und berechne Distanz zum Ausgangsknoten. Packe alle Nachbarn mit ihren Distanz in Arbeitsmenge
- Wähle menge mit geringster Distanz zu Quelle mache ihn zum Arbeitsknoten und markiere ihn als Permanent goto 2
Sicherungsmechanismen
- Firewalls
- Intrusion Detection
- Authentification
- Encryption
DES
Blockchiffre: Verschlüssle Blöcke der Länge n = 64 Bit
Länge des Schlüssels k = 64 Bit (Davon nur 56 verwendet, rest ist parität)
AES
nachfolger DES mit variablen Schlüssellängen
Algorithmus von Diffie-Hellman
- Wähle Primzahl p (512 Bit) und g < p (p,g öffentlich)
- A wählt zufällig 512 Bit Sa und berechnet Ta = gSa mod p
- B wählt zufällig 512 Bit Sb und berechnet Tb = gSb mod p
- Sa und Sb sind geheim.
- A und B tauschen Ts aus
- Schlüssel berechnung durch kAB = TbSa mod p
RSA
- Wähle große Primzahlen p,q (geheim)
- Berechne n= p*q
- Berechne phi(n) = (p-1)*(q-1)
- Wähle e (e Teilerfremt mit phi(n))
- Finde d mit d*e = 1 mod phi(n)
- <e,n> public key
- <d,n> private key
- Prinzip: xd*e=x1 mod phi(n) mod = x mod n
SSL Handshake
Aushandlung für eine Sitzung
Beinhaltet Master Secret für alle Verbindungen der Sitzung
Aufgaben:
- Aushandlung d Verschlüsselungsalgo
- gegenseitiges Auth
- Schlüsselaustausch
Daten
Darstellung von Sachverhalten (Fakten), Konzepten, Vorstellungen und Anweisungen in *formalisierter* Weise
PAN
Personal Area Network 1 - 10m
LAN
Local Area Network 10-1000m
MAN
Metropolitan Area Network 10-100km
WAN
Wide Area Network 100-100km
GAN
Global Area Network 1000-10000km
Dienste
Eine Zusammenstellung zusammengehöriger Funktionien, die wiederholt in ähnlicher Form benötigt werden und daher an Instanzen delegiert werden können.
Diensterbringer/Dienstgeber
Spezialisierte Einrichtung die Funktion ausführt
Dienstnutzer/nehmer
Die Funktion nutzende Instanz
Grundmodell der Datenkommunikation
Ein Kommunikationssystem besteht aus einer Menge von Dienstnutzern und einem Erbringer eines Kommunikationsdienstes. Der Kommunikationsdienst hat die Aufgabe, die räumliche Distanz zwischen den Teilnehmern zu überbrücken.
Die Nutzer des Dienstes können dabei entweder als Sender oder als Empfänger agieren. Der Erbringer des Dienstes (in Bezug auf die räumliche Distanz) wird als Medium bezeichnet.
Der Dienst wird über einen speziellen Dienstzugangspunkt (Service Access Point, SAP) an einer Dienstschnittstelle in Anspruch genommen.
Beispiel: Kommunikationsdienst „Briefverkehr"
- Kommunikationssystem: eine Sparte des Diensterbringers Post
- Medium: Postweg (verschiedene Transportmedien wie Auto, Bahn, Flugzeug) - Dienstnutzer: Kunde des Dienstes „Briefverkehr": „Postkunde"
- Dienstzugangspunkt: Briefkasten
Dienstfunktionen nach OSI-Modell
Funktionen:
- Connect: Verbindungsaufbau
- Disconnect: Verbindungsabbau
- DATA: Datenaustausch
- ABORT: Abbruch durch Dienstnutzer/erbringer
Dienstprimitive nach OSI-Modell
- Request: Anfordern eines Dienstes
- Indication: Anzeige am Partner-Dienstzugangspunkt
- Response: Anzeige am Partner-Dienstzugangspunkt
- Confirmation: Bestätigung der diensterbringung am anfordernden DZP
Verbindungsloser Dienst
Es wird kein Kontext unterstellt, d.h. die Dienstleistung wurde vollständig durch den Request-Primitiv und den darin enthaltenen Kontrollparametern definiert.
Verbindungsorientierter Dienst
Kontext entsteht durch früher erbrachte Dienstleistungen. Zuerst muss Verbindung aufgebaut werden (Kontextgenerierung)
Phasen von Verbindungsorientierten Diensten
- Verbindungsaufbau
- Datenaustausch
- Geregelter Verbindungsabbau
- Verbindungsabbruch
Protokoll
Ein Protokoll legt das Verhalten einer Instanz (entity) fest. Je zwei Partnerinstanzen (peer entities) realisieren das Protokoll und erbringen dadurch den entsprechenden Kommunikationsdienst.
Horizontale Kommunikation
Kommunikation zwischen Instanzen der Protokolle.
- Kommunikation findet scheinbar direkt zwischen den KommPartnern statt
Vertikale Kommunikation
tatsächliche Kommunikation innerhalb eines Protokollstapels
- Tiefer liegende Schichten erbringen den Kommunikationsdienst
(N)-Schnittstellendateneinheit (IDU)
Dies ist die Dateneinheit, die die (N+1)-Schicht an die (N)-Schicht über den Dienstzugangspunkt (Service Access Point - SAP) übergibt. Sie enthält die Nutzdaten (N)-SDU und Schnittstellenkontrollinformationen (N)-ICI.
(N)-Schnittstellenkontrollinformationen (ICI)
Diese Dateneinheit enthält Informationen über den auszuführenden Dienst, z.B: Parameter des Dienstes, Länge der SDU,…
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Cartes-fiches
Daten
Darstellung von Sachverhalten (Fakten), Konzepten, Vorstellungen und Anweisungen in *formalisierter* Weise
PAN
Personal Area Network 1 - 10m
LAN
Local Area Network 10-1000m
MAN
Metropolitan Area Network 10-100km
WAN
Wide Area Network 100-100km
GAN
Global Area Network 1000-10000km
Dienste
Eine Zusammenstellung zusammengehöriger Funktionien, die wiederholt in ähnlicher Form benötigt werden und daher an Instanzen delegiert werden können.
Diensterbringer/Dienstgeber
Spezialisierte Einrichtung die Funktion ausführt
Dienstnutzer/nehmer
Die Funktion nutzende Instanz
Grundmodell der Datenkommunikation
Ein Kommunikationssystem besteht aus einer Menge von Dienstnutzern und einem Erbringer eines Kommunikationsdienstes. Der Kommunikationsdienst hat die Aufgabe, die räumliche Distanz zwischen den Teilnehmern zu überbrücken.
Die Nutzer des Dienstes können dabei entweder als Sender oder als Empfänger agieren. Der Erbringer des Dienstes (in Bezug auf die räumliche Distanz) wird als Medium bezeichnet.
Der Dienst wird über einen speziellen Dienstzugangspunkt (Service Access Point, SAP) an einer Dienstschnittstelle in Anspruch genommen.
Beispiel: Kommunikationsdienst „Briefverkehr"
- Kommunikationssystem: eine Sparte des Diensterbringers Post
- Medium: Postweg (verschiedene Transportmedien wie Auto, Bahn, Flugzeug) - Dienstnutzer: Kunde des Dienstes „Briefverkehr": „Postkunde"
- Dienstzugangspunkt: Briefkasten
Dienstfunktionen nach OSI-Modell
Funktionen:
- Connect: Verbindungsaufbau
- Disconnect: Verbindungsabbau
- DATA: Datenaustausch
- ABORT: Abbruch durch Dienstnutzer/erbringer
Dienstprimitive nach OSI-Modell
- Request: Anfordern eines Dienstes
- Indication: Anzeige am Partner-Dienstzugangspunkt
- Response: Anzeige am Partner-Dienstzugangspunkt
- Confirmation: Bestätigung der diensterbringung am anfordernden DZP
Verbindungsloser Dienst
Es wird kein Kontext unterstellt, d.h. die Dienstleistung wurde vollständig durch den Request-Primitiv und den darin enthaltenen Kontrollparametern definiert.
Verbindungsorientierter Dienst
Kontext entsteht durch früher erbrachte Dienstleistungen. Zuerst muss Verbindung aufgebaut werden (Kontextgenerierung)
Phasen von Verbindungsorientierten Diensten
- Verbindungsaufbau
- Datenaustausch
- Geregelter Verbindungsabbau
- Verbindungsabbruch
Protokoll
Ein Protokoll legt das Verhalten einer Instanz (entity) fest. Je zwei Partnerinstanzen (peer entities) realisieren das Protokoll und erbringen dadurch den entsprechenden Kommunikationsdienst.
Horizontale Kommunikation
Kommunikation zwischen Instanzen der Protokolle.
- Kommunikation findet scheinbar direkt zwischen den KommPartnern statt
Vertikale Kommunikation
tatsächliche Kommunikation innerhalb eines Protokollstapels
- Tiefer liegende Schichten erbringen den Kommunikationsdienst
(N)-Schnittstellendateneinheit (IDU)
Dies ist die Dateneinheit, die die (N+1)-Schicht an die (N)-Schicht über den Dienstzugangspunkt (Service Access Point - SAP) übergibt. Sie enthält die Nutzdaten (N)-SDU und Schnittstellenkontrollinformationen (N)-ICI.
(N)-Schnittstellenkontrollinformationen (ICI)
Diese Dateneinheit enthält Informationen über den auszuführenden Dienst, z.B: Parameter des Dienstes, Länge der SDU,…
(N)-Dienstdateneinheit (SDU)
Daten der (N+1)-Schicht ((N+1)-PDU), die transparent zwischen (N)-SAPs übertragen werden.
(N)-Protokollkontrollinformationen (PCI)
Informationen, die (über vertikale Kommunikation) zwischen den einzelnen (N)-Instanzen ausgetauscht werden, um den Protokollablauf zu steuern.
(N)-Protokolldateneinheit (PDU)
Daten, die zwischen (N)-Partnerinstanzen ausgetauscht werden. Eine (N)-PDU setzt sich aus (N)-PCl und (N)-SDU zusammen.
ISO-OSI-Referenzmodell
- Bitübertraung
- Sicherung
- Vermittlung
- Transport
- Sitzung
- Darstellung
- Anwendung
Aufgabe Bitübertragungsschicht
Die Bitübertragungsschicht bietet als Medium nachrichtentechnische Kanäle, die einen ungesicherten, längenbeschränkten, ungepufferten Nachrichtenaustausch zwischen einer beschränkten Anzahl von angeschlossenen Einrichtungen unterstützen:
-
ungesicherte Verbindung zwischen Systemen (d.h. es können Fehler bei der Übertragung auftreten)
-
Übertragung unstrukturierter Bitfolgen über das physikalische Medium
-
Normung der physikalischen Schnittstellen zwischen Rechner und Medium
-
Umsetzung von Daten in Signale
Aufgabe Sicherungsschicht
Die Sicherungsschicht erweitert einen nachrichtentechnischen Kanal zum eigenständigen, abstrakten Medium „gesicherter Kanal". „Gesichert" heißt hierbei: fehlerfrei:
-
Zerlegung des Bitstromes in Rahmen (Frames) als Basiseinheit der Übertragung
-
Fehlererkennung und -behandlung (Quittungen und ÜbertragungsWiederholungen, siehe Alternating Bit Protocol)
-
Flusskontrolle (Vermeidung der Überlastung/Pufferüberlauf des Empfängers)
-
Regelung des Zugriffs auf ein Medium, welches gemeinsam von mehreren Stationen verwendet wird.
Aufgabe Vermittlungsschicht
Die Vermittlungsschicht verbindet die gesicherten Kanäle der Sicherungsschicht zwischen beliebigen Knoten eines größeren Rechnernetzes
-
Verknüpfung von TeilstreckenVerbindungen zu Endsystemverbindungen über Zwischenknoten hinweg
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Adressierung von Endsystemen (Rechnern)
-
Wegwahl (Routing) zur Ermittlung des besten Pfades zur Weiterleitung der Daten; dabei auch Staukontrolle (Vermeidung der Überlastung einzelner Leitungen im Netz)
-
Kann verbindungslos oder verbindungsorientiert arbeiten
Aufgabe Transportschicht
Die Transportschicht ermöglicht es, von unterschiedlichen Vermittlungsschichtdiensten zu abstrahieren, so dass sämtliche die eigentliche Datenübertragung betreffende Aspekte verborgen werden.
-
Adressierung von Transportdienstbenutzern
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Datentransfer zwischen Benutzern in Endsystemen
-
Bietet Transparenz bzgl. Übertragungsweg und Ende-zu-Ende-Verbindung
-
Kann verbindungslos oder verbindungsorientiert arbeiten
Aufgabe Sitzungsschicht
Die Sitzungsschicht (auch: Kommunikationssteuerungsschicht) ermöglicht die Nichtunterbrechbarkeit von Kommunikationsbeziehungen, die Gliederung des Nachrichtenaustausches nach Anwendungsgesichtspunkten und somit eine strengere Ablauforganisation des Nachrichtenaustausches.
Aufgabe Darstellungsschicht
Die Darstellungsschicht sorgt dafür, dass eine Kommunikation auch zwischen Einrichtungen möglich ist, die eine unterschiedliche lokale Darstellung der Daten aufweisen, wie beispielsweise die Speicherung eines Integer-Wertes in 16 oder 32 Bit.
Aufgabe Anwendungsschicht
Die Anwendungsschicht ist dann die Basis für Anwendungsprozesse, so dass hier anwendungsspezifische Dienste realisiert werden. Sie stellt Dienste zur Verfügung, z.B. Dateitransfer, E-Mail, Remote Procedure Call, etc.
Basisbandübertragung
Umformung: digital -> digital
Signale werden als Folge von Rechteckspannungen übertragen.
Bspw Manchestercodierung
Signalschritt
kleinste Zeiteinheit in der ein Sender ein Signal auf das Medium geben kann
Schrittgeschwindigkeit
Anzahl an Signalschritten pro Zeiteinheit
Gemessen in [baud] = signale * t-1
Latenz
Zeit die signale verzöger ankommen:
Latenz = Strecke * Ausbreitungsgeschwindigkeit
Bandbreiten-Verzögerungsprodukt (Speicherkapazität, Pfadkapazität)
Menge an Signalen die gesendet wurden bis das erste Signal beim Empfänger ankommt:
= Latenz * Datenrate
Bsp:
MIT -> Berkley: 5000km. Ausbreitungsgeschwindigkeit: 2*108m/s
= 5000km * 2*108m/s * 622MBit/s = 15.55MBit
Datenrate
Anzahl Bit pro Sekunde
Bandbreite
Für Übertragung aufgrund der Dämpfung nutzbares Frequenzband
Nyquist Theorem
angenommen Störungsfreier Kanal mit eingeschränkter Bandbreite:
Maximale Datenrate in [Bit/s] = 2 * B * ld( n )
B: Bandbreite
n: Anzahl diskreter Signalstufen
Shannon Theorem
Angenommen: Kanal mit zufälligem Rauschen
Maximale Datenrate [Bit/s] = B * ld( 1 + S/N )
B: Bandbreite
S: Stärke des empfangenen Signals
N: Stärke des Störsignals. (S/N: Signal-Rausch-Abstand: Signal-To-Noise Ratio, SNR)
