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ISO/OSI Referenzmodell Network Layer. ISO / OSI Referenzmodell – TCP/IP. Application Layer Presentation Layer Session Layer Transport Layer Network Layer Data Link Layer Physical Layer. TCP / IP Netzwerkschicht Übersicht. Paket- und Leitungsvermittlung
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ISO/OSI Referenzmodell Network Layer
ISO / OSI Referenzmodell – TCP/IP • Application Layer • Presentation Layer • Session Layer • Transport Layer • Network Layer • Data Link Layer • Physical Layer
TCP / IP Netzwerkschicht Übersicht • Paket- und Leitungsvermittlung • Verbindungslos und verbindungsorientiert • IP (Internet Protocol) und IPCMP (Internet Control Message Protocol) • IPv4 und IPv6 Versionen • IPv4- und IPv6-Header und Verarbeitungsregeln • Wegewahl, Routing • Statisches und dynamisches Routing, Routingprotokolle • Routing Tables • RIP (Routing information protocol) • OSPF (Open shortest path first) • BGP (Border gateway protocol) • Netzlaststeuerung • Dienstequalität (QoS, Quality of Service) • Begrenzung der Lebensdauer von Paketen • Kopplungselemente der Netzwerkschicht
Ziele der Vermittlungsschicht (Tanenbaum, S. 381 ff.) • Dienste für die Transportschicht • Dienstekonzept mit Dienstegüte (QoS) • Wegewahl und Übertragung • Routing (Adressierung) • Forwarding (Weiterleitung von Datenpaketen) • Zwischenspeicherung der Pakete • Überlastkontrolle, Auslastungskontrolle, Capacity Management • Optimierung (des Verbindungsauf- / -abbaus) • Kürzester Weg • Geringste Anzahl von Netzknoten • Auslassen bestimmter Netzknoten (Regionen, Länder) • Güte der Übertragung optimieren • Kürzeste Übertragungszeit • Reihenfolge der Pakete einhalten • Übertragung innerhalb vorgegebener max. Zeitintervalle
Zugrunde gelegte Netzwerk - Architekturen • Leitungsvermittelnde Netzwerke • Paketvermittelnde Netzwerke • Verbindungslos (Tanenbaum S. 382) • Verbindungsorientiert (Tanenbaum S. 383)
Dienstekonzept von der Netzwerkschicht für die Transportschicht • Zielsetzung (vgl. Tanenbaum S. 382) • Dienste sollen unabhängig von Routern und eingesetzter Router – Technologie sein • Der Transportschicht angebotene Dienste müssen unabhängig von der Art und Anzahl sowie Topologie der Router sein • Netzadressen (der Netzwerkschicht!) müssen für LAN und WAN ein einheitliches Nummerierungsschema darstellen • Einfachheit der Dienste • SEND PACKET • RECEIVE PACKET • [Fehlerüberwachung] • [Auslastungs- Überlastungskontrolle] • [Verbindungslos, verbindungsorientiert]
Dienstegüte • Zuverlässigkeit, Stabilität • Fehlermanagement • Übertragungsverzögerung • Jitter • Bandbreite • Schnelligkeit des Verbindungsauf- und abbaus
Erforderliche Dienstegüte für verschiedene Anwendungen Quelle: Tanenbaum S. 438
Routing – Wegewahl durch Netzwerke, Subnetzwerke • Abhängig von eingesetztem Leitungstyp • Abhängig von der Größe der Netzwerke • Statisches und Dynamisches Routing • Routing-Tabellen auf den unterschiedlichen Rechnern
Gateway in lokalen Netzwerken 54er 49er Internet 59er Gateway – Verbindung von Subnetzwerken Beispiel: 143.93.49.99
Subnetworking in TCP/IP Quelle: Tanenbaum S. 482
Umgebung des Schicht-3-Protokolls Quelle: Tanenbaum S. 482
Routing in einem Datagramm-Teilnetz Quelle: Tanenbaum S. 384
Routing bei virtuellen Verbindungen Quelle: Tanenbaum S. 386
Vergleich Teilnetze mit virtuellen Verbindungen und Datagrammen Quelle: Tanenbaum S. 387
Routing Algorithmen (Tanenbaum S. 388 ff.) • Kürzeste Pfad Methode • Flooding • Distance Vector Routing • Link State Routing • Hierarchisches Routing • Broadcast Routing • Multicast Routing
Wegewahl durch ein vermaschtes Rechnernetz Quelle: Hansen Neumann S. 599
Adressarten im Internet • Symbolischer Name (www.sap.com) • Numerische Internet Adresse • IPv4 • IPv6 • Hardwareadresse • Z.B. CSMA -Adresse
Abbildung von Adressen in TCP/IP Quelle: Hansen Neumann S. 615
Address Resolution Protocol (ARP) Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Address_Resolution_Protocol
Address Resolution Protocol (ARP) • 48 Bit Ethernet-Adresse (ipconfig) • Weltweit eindeutig • Ipconfig in Windows Systemen • IP - Pakete werden in Ethernet – Pakete „verpackt“
Ethernet mit TCP/IP Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Ethernet
Address Resolution Protocol (ARP) – Ethernet Frame • Jeder Ethernet –Frame enthält Sender- und Empfängeradresse Nutzdaten Quelle: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/de/f/fa/Etherframe.png SFD: Start Frame Delimiter Typ Feld: siehe nächste Seite
Ethernet - Frame • Das Type-FeldGibt Auskunft über das verwendete Protokoll der nächsthöheren Schicht innerhalb der Nutzdaten. Die Werte sind immer größer als 0x0600 (ansonsten ist das ein Ethernet-I-frame mit Längenfeld in dieser Position). Der spezielle Wert 0x08100 zur Kennzeichnung eines VLAN-Tags ist im Wertevorrat von Type reserviert.Werte im Typfeld (EtherType) für einige wichtige Protokolle: • TypfeldProtokoll0x0800IP Internet Protocol (IPv4)0x0806Address Resolution Protocol (ARP)0x8035Reverse Address Resolution Protocol (RARP)0x809BAppletalk (Ethertalk)0x80F3Appletalk Address Resolution Protocol (AARP)0x8137Novell IPX (alt)0x8138Novell0x86DDInternet Protocol, Version 6 (IPv6) • ^Die NutzdatenDie Nutzdaten können pro Datenblock zwischen 0 und 1500 Byte lang sein. Sie sind die eigentlichen Informationen, die übertragen werden sollen. Die Nutzdaten werden von dem unter Type angegebenen Protokoll interpretiert. • Das PAD-FeldWird verwendet um den Ethernet-Rahmen auf die erforderliche Minimalgröße von 64 Byte zu bringen. Dies ist wichtig, um Kollisionen sicher zu erkennen! Präambel und SFD (8 byte) werden bei der erforderlichen Mindestlänge des Frames nicht mitgezählt, wohl aber ein VLAN Tag. Ein PAD-Feld wird erforderlich wenn als Nutzdaten weniger als 46 (bei einem Tagged-Frame 42) Byte zu übertragen sind. 6-Byte-Zieladresse + 6-Byte-Quelladresse + 4-Byte-VLAN-TAg + 2-Byte-Typfeld + 42-Byte-Nutzdaten + 4-Byte-CRC = 64-Byte-Mindestlänge. Das in Type angegebene Protokoll muss dafür sorgen, dass diese als Pad angefügten Bytes nicht interpretiert werden. • FCS (Frame Check Sequence)Das FCS Feld stellt eine 32-Bit-CRC-Prüfsumme dar. Die FCS enthält die Prüfung des gesamten Frames, ab Zieladresse. Die Präambel, der SFD und die FCS selbst sind nicht in der FCS enthalten. Wenn ein Paket beim Sender erstellt wird, wird eine CRC-Berechnung über die gesamte Bitfolge außer der Präambel durchgeführt und die Prüfsumme an den Datenblock angehängt. Der Empfänger führt nach dem Empfang die selbe Berechnung aus und vergleicht sein Ergebnis mit dem Inhalt des FCS-Feldes. Stimmen die Werte nicht überein, geht der Empfänger von einer fehlerhaften Übertragung aus und der Datenblock wird verworfen. Zur Berechnung der CRC-32 werden die ersten 32 Bits der Mac-Adresse invertiert (zur Erkennung von fehlenden Nullen in den ersten Bits) und das Ergebnis ebenfalls invertiert (Vermeidung des Nullproblems).
ARP (www.wikipedia.de) • Funktionsweise • ARP Request Broadcast mit der IP-Adresse des anderen Computers • Broadcast Addresse Ethernet: ff-ff-ff-ff-ff-ff16 • Host der die IP-Adresse kennt, antwortet mit der MAC – AdresseARP Reply) • Jeder Host verfügt über einen Cache mit MAC- und IP-Adressen • Host aktualisiert Cache mit Absender und Empfänger IP- und MAC- Adressen • Time Stamp für Einträge • ARP auf ein Subnetz bezogen, da Ethernet Broadcasts auf Subnets bezogen sind • Ziel IP - Adresse im gleichen Subnet oder Router • ARP Paket schließt sich an Ethernet – MAC Header an
ARP und IP-Routing http://upload.wikimedia.org/wikipedia/de/f/fd/ARP_und_Routing.png
Ethernet MAC-Adressen und IPv4 Adressen http://upload.wikimedia.org/wikipedia/de/f/fd/ARP_und_Routing.png
Ethernet Adressen und IPv6 Adressen http://www.wikipedia.org
Felder in den ARP - Paketen • Hardwareadresstyp (2 Byte) enthält den Typ der MAC-Adresse im Paket (für Ethernet: 1). • Protokolladresstyp (2 Byte) enthält den Protokolltyp, der für die MAC-Adresse angefordert wird (für IPv4-Adressen: 0x0800 (2048)). • Hardwareadressgröße (1 Byte) enthält die Größe der MAC-Adresse (für Ethernet: 6). • Protokolladressgröße (1 Byte) enthält die Größe des Protokolls (für IPv4: 4, für IPv6: 16). • Operation (2 Byte) enthält den Wert, der angibt, welche Operation ausgeführt werden soll (1 für ARP-Anforderung, 2 für ARP-Antwort). • Quell-MAC-Adresse (6 Byte) enthält in einer ARP-Anforderung die MAC-Adresse des Senders. In einer ARP-Antwort enthält es die MAC-Adresse des antwortenden Hosts. • Quell-IP-Adresse (4 Bytes bei IPv4, 16 Bytes bei IPv6) enthält bei einer ARP-Anforderung die IP-Adresse des anfragenden Hosts. In einer ARP-Antwort enthält es die IP-Adresse des antwortenden Hosts. • Ziel-MAC-Adresse (6 Byte) ist in einer ARP-Anforderung undefiniert. In einer ARP-Antwort enthält es die MAC-Adresse des anfragenden Hosts. • Ziel-IP-Adresse (4 Bytes bei IPv4, 16 Bytes bei IPv6) ist bei einer ARP-Anforderung die IP-Adresse des gesuchten Hosts. In einer ARP-Antwort enthält es die IP-Adresse des anfragenden Hosts.
RARP – Reverse ARP • RARP funktioniert umgekehrt zu ARP. Es kann also MAC-Adressen zu IP-Adressen auflösen. Dies ist für die Ermittlung der eigenen IP-Adresse bei plattenlosen Geräten nützlich. Beide Protokolle besitzen das gleiche Paketformat. Die Anwendungsbereiche von RARP und ARP unterscheiden sich jedoch stark voneinander.
Top Level Domains – aktuelle Änderungen Top Level Domains Quelle: Häckelmann, Petzold, Strahringer S. 354
Dienstequalität – Beispiel Überflutung eines Vermittlungsknotens Quelle: Hansen Neumann S. 601
Netzlaststeuerung (Congestion Control) • Auslastung von Netzwerkknoten und –strecken • Auswahl geeigneter Topologien • Auswahl und Reservierung von Übertragungsbandbreiten
Dienstequalität (QoS – Quality of Service) • Übertragungsbandbreite • Latenz (Network Latency) • Verzögerung der Übertragung • Jitter, Varianz der Latenz
Latenz bei der Sprachkommunikation Quelle: Hansen Neumann S. 603
Kopplungseinheiten auf der Vermittlungsschicht Quelle: Hansen Neumann S. 604
