Computer – Netzwerk Teil 2

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1 Computer – Netzwerk Teil 2

2 Protokolle

3 Aufgabe Erarbeite Regeln für die folgenden Situationen:
Gespräch mit Banknachbarn bei einer Klassenarbeit Freies Gespräch zwischen mehreren Personen Moderiertes Gespräch in einer großen Gruppe Telefongespräch, in dem wichtige Nachrichten übermittelt werden. Problem des Datenschutzes Ethernet Token Ring Sicherheit bei der Datenübertragung

4 Protokoll Ein Protokoll ist ein Regelwerk, das die Kommunikation zwischen Subjekten steuert. Ein Protokoll ist eine Softwarekomponente, die alle Vorgänge bei der Übertragung von Informationen in einem Computernetzwerk steuert.

5 Protokollschichten Firma A Firma B Einladung zu Meeting Protokoll 3
Regeln für Einladungen Protokoll 2 Englisch, Schriftform Protokoll 1 Fax über Telefonleitung Datenübertragung

6 Schichtenmodell und Protokolle
Anwendungsschicht www (http), (smtp, pop3), chat, ... Transportschicht TCP (Transmission Control Protocol) IP (Internet Protocol) Netzwerkschicht (unmittelbar benachbarte Einrichtungen) Ethernet Protokoll, Token-Ring Protokoll

7 Adressierung der Computer im WAN
Nicht jeder Computer kann die MAC-Adressen aller PC‘s kennen. Will man auf einen PC außerhalb des LAN zugreifen, dann benötigt man eine neue Protokollschicht – IP Protokoll Innerhalb dieses Protokolls identifiziert die IP-Adresse jeden einzelnen Computer (kann auch im LAN verwendet werden).

8 IP – Adresse IPv4 Jeder am Internet angeschlossene Rechner erhält eine eindeutige und weltweit einmalige Adresse, die IP-Adresse. Jede IP-Adresse umfasst 32 Bit, die in 4 Byte unterteilt sind, und dezimal als Werte zwischen 0 und 255 geschrieben werden (Beispiel: ) 192 109 190 4 Gesamter Bereich: – Damit gibt es weltweit max = verschiedene IP-Adressen. Eigene IP-Adresse: im LAN: Start – Ausführen – cmd - ipconfig nach draußen: IPv6

9 Private IP - Adressen Bestimmte Adressbereiche sind für private Adressen (im LAN) reserviert. Rechner mit solchen Adressen können nicht direkt am Internet teilnehmen sondern nur über einen Proxyserver / Router. Private Adressbereiche: Diese Adressen können mehrfach in verschiedenen LANs existieren.

10 Statische – dynamische IP-Adressen
Statische IP-Adresse: Webserver Dynamische IP-Adresse: Ein privater Internet-User erhält vom Provider eine dynamische IP-Adresse. Die Vergabe der IP-Adressen im europäischen Raum regelt die RIPE (Réseaux IP Europeens) Wem gehört eine IP-Adresse? z.B IP-Adresse aus Domain-Namen: ping

11 Der Ping - Befehl Ping testet die Erreichbarkeit anderer Computer im LAN oder WAN. Dazu wird ein Echo-Request-Paket an die Zieladresse des zu überprüfenden Rechners gesendet. Dieser muss, insofern er das Protokoll unterstützt, eine Antwort zurücksenden: Echo-Reply. Ping misst die Zeit, die das Datenpaket zum Rechner und wieder zurück braucht. Bsp.: ping Hier jetzt das Chat-Programm

12 Port Weshalb kann ein Browser mehrere Fenster verwalten?
Ein Port ist eine Nummer 0 – (216 – 1), die einen bestimmten netzwerk-fähigen Prozess, der eine TCP/IP Verbindung aufgebaut hat, identifiziert. Well-known-Portnummern: 0 – (RFC 1340) Prozess Portnummer Ping FTP Mail versenden (smtp) 25 Web Anfrage (http) Mail abholen (pop3) Source-Port Destination-Port Clientprogramme verwenden veränderbare Portnummern. Ein Socket ist die Kombination von IP-Adresse und Portnummer : 80 Ein Paar von Sockets definiert eindeutig eine Internet-Verbindung.

13 Chat Programm Chat-Server Chat-Client

14 Die Protokolle TCP / IP Die Datenübertragung im Internet erfolgt mit Hilfe der Protokolle TCP / IP (seit ca. 1983) TCP: Transmission-Control-Protocol IP: Internet-Protocol

15 Simulation einer Datenübertragung
Das Wissen ist ein Baum, den man in der Jugend pflanzen muss, damit er im Alter Schatten spendet. 1 2 3 4 5 Chef A, Buchhalter Z 7, 15 TCP TCP TCP IP TCP TCP TCP IP IP TCP 1. In einzelne Zeilen zerlegen 2. Zeilen nummerieren 3. Absendername, Empfängername ergänzen 4. Absenderadresse und Empfängeradresse hinzufügen 5. Zeilen einzeln versenden 6. Auf Rückmeldungen warten, Zeilen gegebenenfalls erneut senden bis ok

16 Die Protokolle TCP / IP Wenn Daten von einer Netzwerkanwendung (www, , ...) verschickt werden, gelangen sie zunächst zum TCP-Protokolltreiber. Er zerlegt die Originalnachricht in kleine Pakete (TCP-Segmente). Damit jedes Segment auf der Sender- und Empfängerseite der richtigen Anwendung (Programm) zugeordnet werden kann, erhält es 2 Portnummern und die Paketnummer. Source-Port: Kennzeichnung des Anwendungsprozesses Destination-Port: Zuordnung auf der Empfängerseite webbrowser : z.B. Portnummer (dadurch mehrere Fenster möglich) http : Portnummer 80 (da erwartet der Webserver eine Anfrage) Die TCP-Segmente werden anschließend an den IP-Protokolltreiber weitergereicht, der u.a. die IP-Adressen und die TTL (Time-to-live) anfügt (IP-Datagramm) Zum Schluss werder die IP-Datagramme ggf. an den Ethernet Protokoll-treiber weitergeleitet, der die MAC-Adressen ergänzt (Ethernet-Frame)

17 Genaue Spezifikationen in den RFCs: www.rfc-editor.org
Der TCP-Treiber zerteilt die Nachricht und fügt den TCP-Header mit Portnummern hinzu von Port 80 nach Port 2345 TCP-Segment Der IP-Treiber fügt den IP-Header mit den IP-Adressen hinzu von Port 80 nach Port 2345 von nach IP-Datagramm Der Ethernet-Protokoll-Treiber fügt den Ethernet-Header mit den Ethernet-Adressen hinzu von A5:64:87:C3:F6:59 nach 13:E7:49:B3:68:72 von Port 80 nach Port 2345 von nach Ethernet-Frame Das vollständige Datenpaket wird gesendet Genaue Spezifikationen in den RFCs:

18 TCP – RFC 0793

19 ? Das Domain Name System www.lbs.bw.schule.de 193.196.136.78
Da sich die IP-Adressen nur schwer merken lassen, führte man 1984 ein zweites System zur Benennung der Computer ein, das so genannte Domain Name System (DNS). Jedem Rechner erhält, sofern gewünscht, zusätzlich zur IP-Adresse eine leichter zu merkende Domainadresse. Bsp.: für den Rechner Bevor eine Webseite über den Browser aufgerufen werden kann, muss die zur Domainadresse gehörende IP-Adresse herausgefunden werden. DNS-Anfrage an einen Name-Server ?

20 Das Domain Name System Die Abbildung eines Domain-Namens auf einen Wert wird als Namensauflösung (resolve) bezeichnet, die entsprechende Software auch als Resolver (ist Teil des Betriebssystems). DNS-Server

21 DNS - Aufbau und Struktur
Das Domain-Name-System ist in einer Baumstruktur organisiert. Oberste Ebene: Top-Level-Domains, darunter folgen die First-Level-Domains eventuell gefolgt von einer oder mehreren Subdomains Top - Level - Domain 1st - Level - Domain Subdomains Server LBS.BW.SCHULE.DE MIL EDU COM IBM LBS BW Schule Microsoft YAHOO DE GOV NET ORG US www ... DNS - Aufbau und Struktur Top-Level-Domains com Kommerzielle Unternehmen Edu Bildungsstätten, z.B. Universitäten Gov Nicht militärische Regierungsangelegenheiten Mil Militär Net Netzwerke org Andere Organisationen

22 URL: Uniform Resource Locator
Jede Seite, die aufgerufen werden kann, besitzt eine eindeutige URL Subdomain First-Level-Domain Serverbezeichnung Subdomain Top-Level-Domain Übertragungsprotokoll Domain-Name des Servers Verzeichnispfad Datei

23 Ablauf einer DNS-Anfrage
Root Kennt: com , net, de ... Weltweit 13 Root-Server Beispiel: Ein Mitarbeiter von Novell-USA will eine Seite vom Landesbildungsserver abrufen. dns.denic.de 2 de dns.denic.de Kennt: schule.de microsoft.de ... 1 3 Anfrage: stuttgart.shuttle.de DNS-Server ns.novell.com schule.de stuttgart.shuttle.de Kennt: bw.schule.de he.schule.de ... dsn1.belwue.de 4 6 bw.schule.de dsn1.belwue.de Kennt: index.htm Anfrage an nach Ablauf der DNS-Abfrage veranschaulichen. Der Client ist ein Rechner von support.novell.com Als Nameserver ist beim Client eingetragen , der Nameserver von Novell. Ein Click auf das Bild oberhalb des Computersymbols zeigt die Einstellungen des Clients. Es wird die Anfrage nach verfolgt. Die eingeblendeten Adressen wurden am mit NSLookup2001 ermittelt. 5 7

24 Mediator Simulation Simulation starten

25 Routing im Internet

26 Wie finden die Datenpakete ihren Weg?
Im Internet sind viele verschiedene Netzwerke miteinander über Router verbunden. Datenpakete können innerhalb eines Netzwerks direkt zum Zielrechner geschickt werden. Liegt der Zielrechner außerhalb des eigenen Netzwerks, so muss es über einen Router weitergeleitet werden. Der Rechner sendet das IP-Paket für den fremden Zielrechner an den Router. Liegt das Ziel in einem Netz, auf das der Router direkten Zugriff hat, so stellt er das Datenpaket direkt zu. Andernfalls übergibt er es an den nächsten geeigneten Router.

27 Subnet - Mask Die IP-Adressen werden durch die ^sog. Subnet-Mask in einen Netzwerkteil und einen Hostanteil unterteilt. IP-Adresse Subnet-Mask Netzwerkteil Hostanteil dezimal Die Subnet-Mask bestimmt die Größe des Subnetzes. Innerhalb eines Subnetzes können Daten direkt von Rechner zu Rechner übertragen werden. Im Beispiel kann das Subnetz 26 = 64 Hosts enthalten. Alle auf 1 gesetzten Bits der Netzmaske markieren das entsprechende Bit der IP-Adresse als Netzwerkteil, der das jeweilige Subnetz adressiert. Die auf 0 gesetzten Bits markieren den Hostteil, mit dem jeder einzelne Computer im Subnetz adressiert wird.

28 Routing zwischen zwei Netzen
Paket soll von A nach B bzw. C 1. Eigenes Netzwerk bestimmen AND 2. Paket von A an B AND Stimmt mit eigenem Netzwerk überein. B liegt im eigenen Netzwerk. --> Direkte Zustellung A B R C D Netz Netz 3. Paket von A an C AND Stimmt nicht mit eigenem Netzwerk überein. B liegt in einem anderen Netzwerk. --> Zustellung über Router

29 ARP – Anfrage Adress-Resolution-Protokoll
Anfrage im LAN: Wer die IP-Adresse hat, schicke mir seine MAC-Adresse. Diese Anfrage geht an alle Rechner im LAN. Nur ein Rechner antwortet. Das Ergebnis wird in einer ARP – Tabelle eingetragen. ARP-Tabelle kann mit dem Befehl arp –a in der Kommandozeile angesehen werden.

30 Wie sieht ein Router aus?
Ein Router ist im Prinzip ein Rechner mit zwei oder mehr Netzwerkkarten und einem Routing-Programm. Fileserver oder Kommunikationsserver können Routingaufgaben übernehmen.

31 Routing im Internet Datenpakete müssen eventuell über viele Netzwerke geleitet werden. Die Router berechnen den günstigsten Weg. Hosts Router Wähl- Leitung Zielrechner Quelle Schulnetz Wenn eine Strecke ausfällt oder langsam ist, so werden die Routen neu berechnet. Das Netz ist fehlertolerant.

32 Routing im Internet Die Router führen sogenannte Routingtabellen.
Statisches Routing Die Einträge in den Routing Tabellen werden von Hand erstellt Dynamisches Routing Benachbarte Router kommunizieren miteinander über spezielle Protokolle und tauschen dabei Routinginformationen aus. Nach speziellen Algorithmen berechnen sie gemeinsam den günstigsten Weg und speichern diesen in ihren Routingtabellen ab. Diese Routingtabellen können sehr umfangreich werden.

33 Verfolgung von Routen mit traceroute
Unter einem Traceroute versteht man die Verfolgung einer Route im Internet und ihre Anzeige. Bsp.: tracert visualroute

34 Verfolgung der Datenwege

35 Folgerungen Das Netz kann dynamisch wachsen.
Das Netz ist fehlertolerant. Bei Ausfall einer Strecke, werden von den Routern automatisch neue Routen berechnet Die Datenpakete laufen oft über eine große Zahl von Routern (Rechner). Ein Angreifer könnte auf einem dieser Rechner ein Programm plazieren, das die Datenpakete z.B. auf Kreditkartennummern durchsucht. könnte mitgelesen werden. (Bsp.: Das französiche TGV-Konsortium hat Siemens beim Angebot von Hochgeschindigkeitszügen an Südkorea ausgestochen, da es gelungen war, das Mail-Angebot von Siemens mitzulesen. Verschlüsselung ?!?) Nicht alle Datenpakete laufen über dieselbe Route. Man hat keine Sicherheit für einen bestimmten Weg, z.B. über vertrauenswürdige Router.

36 Geschichte des Internet
Das Internet ist ein Kind des „kalten Krieges“. Das Internet ist eine Antwort Amerikas auf den Sputnik-Schock (4. Okt. 1957) 1957 wurde vom amerikanischen Verteidigungsministerium eine Forschungsabteilung gegründet, die den technologischen und militärischen Vorsprung der UdSSR aufholen sollte, die Advanced Research Projects Agency (ARPA). Die ARPA sollte die Entwicklung neuer Techniken und Technologien in allen Bereichen fördern. (1958 NASA)

37 Probleme - Lösungsvorschläge
Wie können die U.S. Behörden (vor allem das Militär) auch nach einem nuklearen Schlag miteinander kommunizieren? Das Militär war zu Beginn der 60er Jahre bereits ausreichend mit Computern versorgt und diese Rechner waren mit einfachen Netzwerken untereinander verbunden. Diese Netzwerke waren sehr anfällig, da sie zentrale Strukturen besaßen und leitungsorientiert waren. 1964: Lösungsvorschläge von Paul Baran 1.) Netzförmige Verbindung zwischen mehreren Computern ohne zentrale Stelle. Jeder Rechner ist gleichzeitig mit mehreren Rechnern verbunden. 2.) Paketorientierte Datenübertragung

38 Netzförmige Verbindung ohne zentrale Stelle

39 Paketorientierte Datenübertragung
Router Internet Der Startrechner schickt die Pakete an einen Router (Postamt). Der Router entscheidet, auf welchem Weg ein Datenpaket im Internet weitertransportiert wird. Jeder Router schickt die Pakete weiter, eventuell auf verschiedenen Wegen. Startrechner Zielrechner Die Pakete werden beim Empfänger auf Fehler überprüft und wieder zusammengesetzt. Der korrekte Empfang wird bestätigt. Erhält der Sender keine Bestätigung, sendet er das Datenpaket noch einmal. 6 5 4 3 2 1 1 2 6 5 4 3 Datenpaket Der Startrechner zerlegt Daten in kleinere Pakete, nummeriert sie und versieht sie mit Sender- und Empfängeradresse. Daten

40 ARPANET 1969: Erstes paketorientiertes Netzwerk (ARPANET), das 4 Hochleistungs-Computer verschiedener Hersteller, mit unterschiedlichen Betriebssystemen über große Entfernungen verband. University of California – Los Angeles University of California – Santa Barbara Stanford Research Institute University of Utah ARPANET 1971: Bereits 23 Computer angeschlossen Erfindung der

41 Internet 1973: Die ersten beiden internationalen Rechner kommen ins ARPANET: University College of London und Royal Radar Establishment (Norwegen). Beide über relativ langsame Kabelverbindungen. Zur gleichen Zeit entwickelten sich andere Netzwerke so z.B. das ALOHANET (Rechenanlagen auf Hawaii), das PRNET, welches die Datenübertragung mit Hilfe von Funksignalen durchführte und das SATNET, das Daten via Satellit von den USA nach Europa und umgekehrt übertrug. 1975/76 wurden die 4 Netze ARPANET, SATNET, PRNET und ALOHANET vernetzt. Es entstand das „Netz zwischen den Netzen“ das INTERNET.

42 Entwicklung des Internet
Dauerhaft ans Internet angeschlossene Rechner Quelle:

43 Struktur des Internet NASA Provider B Provider A The White House Uni Stuttgart Das Internet ist ein Zusammenschluss vieler verschiedener Netze über Router Jeder Netzbetreiber ist für seinen Teilbereich zuständig Das Internet ist beliebig erweiterbar

44 Dienste des Internet Im Internet gibt es verschiedene Arten des Datenaustauschs, Internetdienste genannt.

45 www Das www wurde von Tim Berners-Lee ( ) am europäischen Kernforschungszentrum CERN  in Genf entwickelt. Er arbeitete an einem Hypertextsystem mit einer einfach zu bedienenden graphischen Benutzeroberfläche. Im Juli 1992 wurde diese neue Technologie im Internet vorgestellt. Erst durch die leichte Verknüpfungsmöglichkeit von Informationen (Hyperlinks) konnte das Internet seinen endgültigen Durchbruch erlangen.

46 E-Mail Von a@gmx.de an b@t-online.de PC des Absenders
PC des Empfängers Postausgangsserver des Absenders z.B. mail.gmx.de SMTP SMTP: Simple Mail Transfer Protocol SMTP Anfrage Mailserver des Empfängers z.B. pop.btx.dtag.de POP3 IMAP POP3: Post Office Protocol IMAP: Internet Message Access Protocol

47 Ende

48 IPv6 IPv4: 32 Bit = 4 Byte 232 = 4 294 967 296 Adressen
IPv6 128 Bit = 16 Byte = 3, Adressen Jedem Quadratmillimeter der Erdoberfläche können 600 Billiarden IP-Adressen zugewiesen werden. IPv6-Adressen werden in 8 Gruppen von je 2 Byte hexadezimal dargestellt, die durch Doppelpunkte getrennt werden. Eine bisherige Adresse wie zum Beispiel wäre neu :0000:0000:0000:0000:0000:C0A8:0101 Handelt es sich um IPv4 kompatible Adressen dürfen die letzten 32 Bit auch in der bisherigen Schreibweise dargestellt bleiben: ::

49 Trace Route Trace Route funktioniert ähnlich wie Ping. Mit diesem Tool bekommt man jedoch noch mehr Informationen über die Netzwerkverbindung zwischen der lokalen Station und der entfernten Station. Mit Trace Route wird eine Routenverfolgung vorgenommen und sichtbar gemacht. Trace Route steht auf der Kommandozeile/Konsole als Befehl traceroute unter Unix/Linux und tracert unter Windows zu Verfügung. Die entfernte Station kann unter der IP-Adresse oder dem Domain- bzw. WINS-Namen angesprochen werden. Bei Bedarf übernimmt Trace Route die Namensauflösung. Bei der Ausführung des Befehls tracert bzw. traceroute wird ein ICMP-Befehl (Ping) mit einem auf 1 gesetzten TTL-Wert an die Ziel-Adresse geschickt. Der Router, der die abgelaufene Lebenszeit des Datenpaketes erkennt, verwirft das Paket und schickt eine ICMP-Meldung vom Typ 11 Time Exceed zurück. Über den jedesmal ansteigenden TTL-Wert können alle Router auf der Route zum Ziel ermittelt werden.

50 www Das www wurde von Tim Berners-Lee ( ) am europäischen Kernforschungszentrum CERN  in Genf entwickelt. Er arbeitete an einem Hypertextsystem mit einer einfach zu bedienenden graphischen Benutzeroberfläche. Im Juli 1992 wurde diese neue Technologie im Internet vorgestellt. Erst durch die leichte Verknüpfungsmöglichkeit von Informationen (Hyperlinks) konnte das Internet seinen endgültigen Durchbruch erlangen.