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prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 1 vom 16.05.2006 ISO/OSI Referenzmodell.

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1 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 1 vom ISO/OSI Referenzmodell Network Layer

2 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 2 vom ISO / OSI Referenzmodell – TCP/IP Application Layer Presentation Layer Session Layer Transport Layer Network Layer Data Link Layer Physical Layer

3 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 3 vom 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

4 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 4 vom 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

5 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 5 vom Zugrunde gelegte Netzwerk - Architekturen Leitungsvermittelnde Netzwerke Paketvermittelnde Netzwerke –Verbindungslos (Tanenbaum S. 382) –Verbindungsorientiert (Tanenbaum S. 383)

6 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 6 vom 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]

7 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 7 vom Dienstegüte Zuverlässigkeit, Stabilität Fehlermanagement Übertragungsverzögerung Jitter Bandbreite Schnelligkeit des Verbindungsauf- und abbaus

8 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 8 vom Erforderliche Dienstegüte für verschiedene Anwendungen Quelle: Tanenbaum S. 438

9 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 9 vom 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

10 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 10 vom Gateway in lokalen Netzwerken Gateway – Verbindung von Subnetzwerken Beispiel: er 54er 59er Internet

11 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 11 vom Subnetworking in TCP/IP Quelle: Tanenbaum S. 482

12 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 12 vom Umgebung des Schicht-3-Protokolls Quelle: Tanenbaum S. 482

13 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 13 vom Routing in einem Datagramm-Teilnetz Quelle: Tanenbaum S. 384

14 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 14 vom Routing bei virtuellen Verbindungen Quelle: Tanenbaum S. 386

15 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 15 vom Vergleich Teilnetze mit virtuellen Verbindungen und Datagrammen Quelle: Tanenbaum S. 387

16 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 16 vom Routing Algorithmen (Tanenbaum S. 388 ff.) Kürzeste Pfad Methode Flooding Distance Vector Routing Link State Routing Hierarchisches Routing Broadcast Routing Multicast Routing

17 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 17 vom Wegewahl durch ein vermaschtes Rechnernetz Quelle: Hansen Neumann S. 599

18 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 18 vom Adressarten im Internet Symbolischer Name (www.sap.com)www.sap.com Numerische Internet Adresse –IPv4 –IPv6 Hardwareadresse –Z.B. CSMA -Adresse

19 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 19 vom Abbildung von Adressen in TCP/IP Quelle: Hansen Neumann S. 615

20 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 20 vom Address Resolution Protocol (ARP) Quelle:

21 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 21 vom Address Resolution Protocol (ARP) 48 Bit Ethernet-Adresse (ipconfig) Weltweit eindeutig Ipconfig in Windows Systemen IP - Pakete werden in Ethernet – Pakete verpackt

22 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 22 vom Ethernet mit TCP/IP Quelle:

23 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 23 vom Address Resolution Protocol (ARP) – Ethernet Frame Jeder Ethernet –Frame enthält Sender- und Empfängeradresse Quelle: SFD: Start Frame Delimiter Typ Feld: siehe nächste Seite Nutzdaten

24 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 24 vom Ethernet - Frame Das Type-Feld Gibt 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)IPv4ARPRARPAppletalk IPXNovellIPv6 ^Die Nutzdaten Die 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-Feld Wird 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 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).Frame Check SequenceCRC-Prüfsumme

25 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 25 vom ARP (www.wikipedia.de) Funktionsweise –ARP Request Broadcast mit der IP-Adresse des anderen Computers –Broadcast Addresse Ethernet: ff-ff-ff-ff-ff-ff 16 –Host der die IP-Adresse kennt, antwortet mit der MAC – Adresse ARP 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

26 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 26 vom ARP und IP-Routing

27 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 27 vom Ethernet MAC-Adressen und IPv4 Adressen

28 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 28 vom Ethernet Adressen und IPv6 Adressen

29 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 29 vom 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.

30 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 30 vom RARP – Reverse ARP RARPRARP 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.

31 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 31 vom Top Level Domains – aktuelle Änderungen Top Level Domains Quelle: Häckelmann, Petzold, Strahringer S. 354

32 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 32 vom Dienstequalität – Beispiel Überflutung eines Vermittlungsknotens Quelle: Hansen Neumann S. 601

33 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 33 vom Netzlaststeuerung (Congestion Control) Auslastung von Netzwerkknoten und –strecken Auswahl geeigneter Topologien Auswahl und Reservierung von Übertragungsbandbreiten

34 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 34 vom Dienstequalität (QoS – Quality of Service) Übertragungsbandbreite Latenz (Network Latency) –Verzögerung der Übertragung Jitter, Varianz der Latenz

35 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 35 vom Latenz bei der Sprachkommunikation Quelle: Hansen Neumann S. 603

36 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 36 vom Kopplungseinheiten auf der Vermittlungsschicht Quelle: Hansen Neumann S. 604

37 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 37 vom TCP/IP Einstellungen unter Windows XP

38 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 38 vom TCP/IP Einstellungen unter Windows XP

39 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 39 vom TCP/IP Einstellungen unter Windows XP

40 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 40 vom TCP/IP Einstellungen unter Windows XP

41 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 41 vom TCP/IP Einstellungen unter Windows XP

42 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 42 vom TCP/IP Einstellungen unter Windows XP

43 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 43 vom TCP/IP Einstellungen unter Windows XP

44 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 44 vom Windows Befehl Pathping (aus der Komandozeilenbene)

45 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 45 vom Windows Befehl Pathping (Komandozeilenbene)

46 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 46 vom Windows Befehl ipconfig (aus der Komandozeilenbene)

47 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 47 vom Windows Befehl ipconfig (aus der Komandozeilenbene)

48 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 48 vom Windows Befehl ipconfig /all (aus der Komandozeilenbene)

49 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 49 vom Windows Befehl net stat (aus der Komandozeilenbene)

50 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 50 vom Windows Befehl ping (aus der Komandozeilenbene)

51 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 51 vom Anzeige Zuordnung IP-Adresse und symbolischer Name Shell> Host Shell>

52 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 52 vom Weitere Internet Steuerprotokolle (Tanenbaum S. 492 ff.) BOOTP, Bootstrap Protocol DHCP, Dynamic Host Configuration Protocol Siehe eigene Foliensätze

53 prof. dr. dieter steinmannfachhochschule trier © prof. dr. dieter steinmann Folie 53 vom Arbeitsweise von DHCP Quelle: Tanenbaum S. 497


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