Systeme II – 12te Vorlesung

Präsentation zum Thema: "Systeme II – 12te Vorlesung"—  Präsentation transkript:

1 Systeme II – 12te Vorlesung
Lehrstuhl für Kommunikationssysteme Institut für Informatik / Technische Fakultät Universität Freiburg 2009 Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II

2 Letzte Vorlesung Vertiefung der Transportschicht (TCP/IP)
TCP übernimmt wichtige Aufgaben der Bandbreitenverteilung, Fluss-Steuerung und Stauvermeidung Verschiedene Strategien zur optimalen Datenrate und Bandbreiten- nutzung Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II

3 Letzte Vorlesung(en) Verschiedene Implementierungen der Transportschicht Verlässlich oder Unverlässlich Best effort oder Quality of Service Fehlerkontrolle Mit oder ohne Congestion Control Möglichkeit verschiedener Punkt-zu-Punktverbindungen Stichwort: Demultiplexen Interaktionsmodelle Byte-Strom, Nachrichten, „Remote Procedure Call“ Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II

4 Letzte Vorlesung(en) TCP erzeugt zuverlässigen Byte-Strom
Fehlerkontrolle durch “GoBack-N” Congestion control Fensterbasiert AIMD, Slow start, Congestion Threshold Flusskontrolle durch Window Verbindungsaufbau Algorithmus von Nagle Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II

5 Diese Vorlesung Zur Einführung bereits Verbindungsschicht, dabei auf IPv4 beschränkt Diese Vorlesung Spezielle Arten der Paketzustellung für besondere Anwendungs- fälle: IP Broadcast und Multicast Weiterhin: Nächste Generation IP – IPv6 Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II

6 Broadcast Broadcast Routing in IPv4
Ein Paket soll (in Kopie) an alle ausgeliefert werden Spezielle Broadcast-Adresse – größte Adresse im Subnetz (frühere Vorlesung/Übung), z.B. Netzwerkadresse: /24 (Netzmaske ) Broadcast-Adresse: Eingesetzt bei DHCP Hier Situation etwas anders: Globale Broadcast-Adresse , da ja initiale IP Keine Weiterleitung über Router (andernfalls Fluten des gesamten Internets möglich) außer via speziellem DHCP-Relay Dienst, der Anfrage in Unicast umwandelt Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II

7 Broadcast Broadcast Routing in IPv4
Kein Broadcast in Point-to-Point-Verbindungen – hier fallen Netzwerkadresse, Hostadresse und Broadcast-Adresse zusammen, vgl. heimische DSL-Verbindung Lösungen: Fluten des Netzwerks – relativ einfach in broadcast-fähigen Layer2/1 Netzen, wie Ethernet oder WLAN – Aufgabe der Netzwerkkomponente Besser: Konstruktion eines minimalen Spannbaums Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II

8 Multicast Bezeichnet Nachrichtenübertragung von einem Punkt zu einer Gruppe Vorteil von Multicast - gleichzeitig Nachrichten an mehrere Teilnehmer oder an eine geschlossene Teilnehmergruppe übertragbar, ohne dass Sender Bandbreite mal Zahl der Empfänger braucht Sender benötigt nur die gleiche Bandbreite wie ein einzelner Empfänger Vervielfältigung der Pakete an jedem Verteiler (Switch, Router) auf der Route Unterschiede Beim Broadcast Verbreitung von Daten, die jeder mit der passenden Ausrüstung sehen kann Beim Multicast dagegen vorherige “Anmeldung” beim Aussender der Daten notwendig Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II

9 Multicast Multicast Routing
Ein Paket soll an eine gegebene Teilmenge der Knoten ausgeliefert werden (in Kopie) Lösung: Optimal: Steiner Baum Problem (bis heute nicht lösbar) Andere (nicht-optimale) Baum-konstruktionen Reihe von Diensten für die Multicast interessant sein könnte Service Location Protocol und Multicast DNS als Teilimplemen- tierung von Zeroconf (statt bspw. DHCP) Videokonferenzen mit mehr als zwei Teilnehmern Software-Deployment in großen Umgebungen (Cluster- Computing, ...) Internet-Radio, -TV o.ä. Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II

10 IP Multicast Motivation Unicast Multicast
Übertragung eines Stroms an viele Empfänger Unicast Strom muss mehrfach einzeln übertragen werden Bottleneck am Sender Multicast Strom wird über die Router vervielfältigt Kein Bottleneck mehr Einsparung Bandbreite, Kosten Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II

11 IP Multicast IPv4 Multicast-Adressen
in der Klasse D (außerhalb des CIDR - Classless Interdomain Routings, Vorlesungen zu Beginn des Semesters) Generell – , dabei bis reserviert für Routingprotokolle (z.B. mal für OSPF nachsehen – Übung), für diese Adressen sendet Router keine IP-Multicast-Datagramme bis für Scoping reserviert, eine Weiterleitung innerhalb dieses Adressbereichs ebenfalls vom Switch abhängig Adressen im Bereich 225.x.x.x bis 238.x.x.x sind frei verfügbar Hosts melden sich per IGMP bei der Adresse an IGMP = Internet Group Management Protocol Nach der Anmeldung wird der Multicast-Tree aktualisiert Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II

12 IP Multicast Source sendet an die Multicast-Adresse
Router duplizieren die Nachrichten an den Routern und verteilen sie in die Bäume Angemeldete Hosts erhalten diese Nachrichten bis zu einem Time-Out oder bis sie sich abmelden Achtung: Kein TCP, nur UDP – mal überlegen, weshalb kein TCP mit Multicast möglich ist Viele Router lehnen die Beförderung von Multicast-Nachrichten ab Lösung: Tunneln Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II

13 Multicast Routingprotokolle
Distance Vector Multicast Routing Protocol (DVMRP) jahrelang eingesetzt in MBONE (insbesondere in Freiburg, Forschungsprojekt des DFN) Eigene Routing-Tabelle für Multicast Protocol Independent Multicast (PIM) im Sparse Mode (PIM-SM) aktueller Standard beschneidet den Multicast Baum benutzt Unicast-Routing-Tabellen ist damit weitestgehend protokollunabhängig Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II

14 Multicast Routingprotokolle
Voraussetzung PIM-SM: benötigt Rendevous-Point (RP) in ein-Hop-Entfernung RP muss PIM-SM unterstützen oder Tunneling zu einem Proxy in der Nähe eines RP Wenig weitere Protokolle in IPv4 Multimedia Broadcast Multicast Service seit 2005 für das Mobilfunksystem UMTS als spezielles Multicast Protokoll Trotz erfolgreichen Tests & Einsatz In Video-Übertragung von IETF-Meetings MBONE (Multicast Backbone) Diverse Video-Konferenz-Anwendungen Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II

15 Wenig IP-Multicast ... gibt es wenig ISP, die IP Multicast in den Routern unterstützen Warum generell wenig IP-Mutlicast? Zusätzlicher Wartungsaufwand Schwierig zu konfigurieren Verschiedene Protokolle Gefahr von Denial-of-Service-Attacken Implikationen deutlich größer als bei Unicast – Zahl der Teilnehmer, höhere Komplexität des Setups (oft externe beteiligte Router bei Providern / über Site-Grenzen hinweg) Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II

16 Wenig IP-Multicast Transport-Protokoll Marktsituation
Nur UDP einsetzbar (Übung – überlegen, warum TCP nicht funktionieren kann) Zuverlässige Protokolle Vorwärtsfehlerkorrektur Oder propertiäre Protokolle in den Routern (z.B. CISCO) Marktsituation Endkunden fragen kaum Multicast nach (benutzen lieber P2P- Netzwerke) Wegen einzelner Dateien und weniger Abnehmer erscheint ein Multicast wenig erstrebenswert (Adressenknappheit!) Neuer Anlauf mit IPv6 Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II

17 Zukunft des IP Nun: Behandlung eines alternativen Vermittlungsschichts- protokolls, das IPv4 ersetzen soll Erfolg und Probleme des derzeitigen Ipv4 Einführung in das kommende IP Dazu Ansehen von IPv6 Adressen Der IPv6 Header und spezielle “Extension headers” IPv6 Fragmentation IPv4 zu IPv6 Übergangsszenarien und Protokolle DNS und IPv6 (wie wird IPv6 im lange etablierten DNS umgesetzt) Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II

18 Zukunft des IP - Namen und Versionen
IP v6 – bezeichnet die nächste Internet Protocol Generation Vorausgegangene/Zwischenversionen wurden auch IP - Next Generation (IPng) genannt TUBA – (TCP and UDP over Bigger Addresses) – beschreibt die Idee das OSI connectionless protocol als Ersatz zu benutzen SIP – Simple Internet Protocol Plus – Vorgänger von IP v6 SIP nun Abkürzung für “session initiation protocol” IP v5 Namensgebung wurde für stream protocol version 2 benutzt Deshalb wurde die nächst verfügbare Versionsnummer (6) benutzt Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II

19 Zukunft des IP IP version 6 seit Juli 1994 definiert (RFC ...)
Normalerweise wird aus folgenden Gründen von einer sehr erfolgreichen Implementation zu einer neuen gewechselt schnelles, exponentielles Wachstum von vernetzten Computern Mangel (limit) an Adressen neue Anforderungen an die Internetinfrastruktur (streaming, real-time service wie VoIP, video on demand) IP v6 ist der nächste Schritt von IP v4. Es kann wie ein normales Software-Upgrade installiert werden und ist kompatibel mit IP v4. Nächste Folie: OSI – IP v6 ersetzt IP v4 auf dem Network Layer ...

20 Zukunft des IP – OSI und IPv6
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21 Probleme des IPv4 Aktuelle IP Version – Version 4 – ist 25+ Jahre alt (ziemlich alt in der Computerwelt) 32 Bit Adressbereich ist zu klein (max. Anzahl an Adressen kleiner als Anzahl der Erdbewohner, ohne den Verlust durch die großzügige Zuordnung zu beachten) Routing ist ineffizient (lange Routing-Tabellen, Probleme mit der Aggregation) schlechte Unterstützung für mobile Geräte (Roaming) gestiegenes Sicherheitsbedürfnis Aber einige der Probleme stammen aus den späten neunziger Jahren und wurden meistens gelöst oder sind nicht mehr so wichtig ... somit verschoben auf die Umstellung auf das neue System

22 Erfolg des IPv4 IP v4 ist ein wichtiger bestandteil von neuen Technologien andere third layer Protokolle wie AppleTalk, IPX, NetBIOS sind fast vollständig verschwunden Paket-orientierte IP Dienste werden sorgar für Sprach- und Multimedia-Dienste mit erhöhten Anforderungen an Quality of Service verwendet IP war offen für Verbesserungen: z.B. Wechsel von classful zu classless interdomain routing IP war in der Lage auf jede Art von Hardware zu laufen, z.B. Wireless LAN Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II

23 Erfolg des IPv4 IP wurde seit seinem anfänglichen Design dramatisch verändert Grundprinzipien sind immernoch aktuell Neue Hardware Anzahl von vernetzten Computern im privaten Netzwerk und im Internet nimmt zu Zuwachs Größe – von einigen Dutzend bis zu einigen Millionen von Computern Geschwindigkeit – von 9,6 Kbps über GSM-Mobilfunknetze bis zu 10 Gbps über Ethernet oder frame delay WAN Verbindungen Erhöhte Frame Größe (MTU) in neuen Geräten Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II

24 Einführung – warum IPv6? IETF hat eine völlig neue Version vorgeschlagen, um einige spezifische Probleme zu lösen Addressraum Aber...die meisten Adressen sind “Class C” und damit zu wenige für größere Firmen oder Organisationen 214 “Class B” Netzwerk Adressen sind bereits fast restlos vergeben beziehungsweise in Benutzung Verschwenderische Nutzung des Adressraums (gesammtes “class A” Netzwerk for just the loopback device, kein Netz startet mit 0 oder 255) Geografische Lage spielt keine Rolle bei der IP Adressen Vergabe. Zukünftige Mobiltelefone/Netze könnten neueres Adressen Schema verwenden Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II

25 Einführung – Adressknappheit/Erschöpfung
Geoff Huston (als Beispiel für Debatte) if main focus of applications stays to client/server principle and number of peer-to-peer applications does not increase significantly article of July 2003: exhaustion expected in 2022 AddressLifetime.pdfarticle of september 2003: expectation even of 2045 AddressLifetime.pdf Heise-Artikel zur Ipv6-Konferenz/Einführung/Probleme bei-IP-Adressteilung--/news/meldung/135241 Moeglichkeiten-zum-Ausgehen-Update--/meldung/105110 Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II

26 Einführung – Weitere Gründe für IPv6
Type of service Verschiedene Anwendungen haben verschiedene Anforderungen an die Auslieferung der Pakete, Zuverlässigkeit und Geschwindigkeit IPv4 verfügt über eine “Type of service” - Möglichkeit, die allerdings extrem selten implementiert ist Hilfsprotokolle für Multimedia QoS werden sehr selten verwendet QoS Routing funktioniert nur hop-by-hop mehr zu QoS in einer späteren Vorlesung Multicast in IPv4 Eher expermentell in IPv4, nicht wirklich in Produktion eingesetzt Verschwendung von IP-Adressen aus dem Adressbereich , da diese für Experimentelle Dinge reserviert sind Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II

27 Einführung ins zukünftige IP – Adressen
2128 ergibt ca. 3,4*1038 mögliche IP Adressen Das sollte für eine Weile ausreichen :) 6,4*1028 für jedne Menschen auf der Erde 6,6*1014 für jeden Quadrat-Millimeter Fläche auf der Erde Genug Möglichkeiten Adressen zu verschwenden oder wenig sinnvoll einzusetzen IPv6 16 byte lange Adressen Eien klassische Represenation der Adressen, z.B (4 byte IP v4 address) kann von einem Menschen nur sehr schwer gelesen und verarbeitet werden

28 Einführung ins zukünftige IP – Adressformat
IPv6-Adressen werden gewöhnlicherweise hexadezimal (IPv4: dezimal) notiert, wobei die Zahl in acht Blöcke zu jeweils 16 Bit unterteilt wird. Diese Blöcke werden durch Doppelpunkte (IPv4: Punkte) getrennt notiert. Beispiel: 2822:0000:0000:0000:0000:0005:EBD2:7008 2001:: (GEANT address prefix) 2001:07C0:0100::/48 (BelWue address prefix) 2001:07C0:0100::/64 (Freiburg Universität) Domain Name System (DNS) noch wichtiger als bei IPv4 Kompression zum besseren Adresshandling

29 Einführung ins zukünftige IP – Adressformat
Komprimierung geschieht durch: Ein oder mehrere aufeinander folgende Blöcke, deren Wert 0 (bzw. 0000) beträgt, dürfen ausgelassen und durch zwei Doppelpunkte ersetzt werden Führende Nullen innerhalb eines Blockes dürfen ausgelassen werden Die Adresse 0000:0000:0000:0000:00A5:B8C1:009C:0018 wird vereinfacht zu: ::A5:B6C1:9C:18 1000:0000:0000:0000:20A5:B8C1:0001:00A3 kann zu 1000:0:0:0:20A5:B8C1:1:A3 komprimiert werden und letztendlich noch zu 1000::20A5:B8C1:1:A3

30 IP v6 – Adresstypen IP v6 kennt drei Typen von Adressen
Klassische unicast Adressen Multicast Adressen Neuer Typ von Adressen: anycast oder cluster

31 Ende der siebten Vorlesung
Ende der zwölften Vorlesung Ende der siebten Vorlesung Weiter geht es am Mittwoch, den mit der nächsten Vorlesung – Fortsetzung zu IPv6 – Lecture in English Language (paedagogical feature :)) Nicht vergessen: Morgen (am 23.6.) Uni-Wahlen - schräg gegenüber vom Vorlesungsaal im 101 Assistent sitzt zur Kontrolle da :) Alle relevanten Informationen auf der Webseite zur Vorlesung: freiburg.de/php_veranstaltungsdetail.php?id=28 Vorbereitung: Lesen des Kapitels 4.4 zu IPv6 im Kurose&Ross oder entsprechende Seiten in der angegebenen Literatur! Torsten Braun: IPnG – Neue Internet-Dienste und virtuelle Netze (dpunkt.verlag, nicht mehr ganz taufrisch) Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II