Grundlagen: Internet-Protokolle

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1 Grundlagen: Internet-Protokolle
Torsten Sorger / Martin Gaitzsch

2 Gliederung ISO/OSI Schichten + TCP/IP-Äquivalente
IPv4 (Internet Protocol) TCP (Transmission Control Protocol) UDP (User Datagramm Protocol) ICMP (Internet Control Message Protocol) Torsten Sorger / Martin Gaitzsch Sicherheit in vernetzten Systemen - Grundlagen: Internet-Protokolle

3 Gliederung TCP Verbindungsablauf Fehlerbehandlung Routingprotokolle
IPv6 Überblick Torsten Sorger / Martin Gaitzsch Sicherheit in vernetzten Systemen - Grundlagen: Internet-Protokolle

4 ISO/OSI-Referenzmodell
beschreibt das externe Verhalten von Endsystemen und keine Implementierung dient der Interoperabililität verschiedenster Protokolle und Netzwerktechnologien realisiert durch Schichten-Modell Abstraktion / Komplexitätsreduzierung Austauschbarkeit der Protokolle einzelner Schichten Torsten Sorger / Martin Gaitzsch Sicherheit in vernetzten Systemen - Grundlagen: Internet-Protokolle

5 ISO/OSI-Referenzmodell
Anwendungsschicht SMTP, FTP, HTTP, DNS... 7 Darstellungsschicht 6 Sitzungsschicht 5 Transportschicht TCP, UDP 4 ICMP Vermittlungsschicht IP 3 Sicherungsschicht 2 Physikalische Ebene 1 Torsten Sorger / Martin Gaitzsch Sicherheit in vernetzten Systemen - Grundlagen: Internet-Protokolle

6 ISO/OSI-Referenzmodell
Protokolle sind ineinander geschachtelt eine Schicht n nimmt Dienste der Schicht n-1 in Anspruch und stellt der Schicht n+1 Dienste bereit Beispiel für ein TCP-Paket in einem Ethernet: Ethernet-Frame IP-Packet TCP-Packet Nutzdaten (z.B. http) Torsten Sorger / Martin Gaitzsch Sicherheit in vernetzten Systemen - Grundlagen: Internet-Protokolle

7 TCP/IP - Architekturmodell
Application Level WWW (http) File Transfer (ftp) (smtp) NameServer (dns) NFS Transmission Level Transmission Control Protocol User Datagramm Protocol Internet Level Internet Protocol & Internet Control Message Protocol Network Level ARPANET Satelliten Netzwerk X.25 Ethernet Token Ring Torsten Sorger / Martin Gaitzsch Sicherheit in vernetzten Systemen - Grundlagen: Internet-Protokolle

8 Internet Protocol IP ist ein packetorientiertes und verbindungs-loses Protokoll der Vermittlungsschicht dient der Abstaktion von Besonderheiten der unterliegenden Schicht 2 Protokoll wie z.B. Ethernet, Token Ring oder ATM bietet der Transportschicht einen unzuverlässiges Transportsystem Torsten Sorger / Martin Gaitzsch Sicherheit in vernetzten Systemen - Grundlagen: Internet-Protokolle

9 Internet Protocol v4 Version K-Länge Servicetypen Paketlänge
Identifikation DF MF Fragmentabstand Lebenszeit Protokoll Kopfprüfsumme Protkoll-Kopf Senderadresse Empfängeradresse Optionen Füllzeichen Eigentliche Nutzdaten bzw. Protokoll-Köpfe+Daten von Protokollen höherer Schichten (z.B. TCP) Torsten Sorger / Martin Gaitzsch Sicherheit in vernetzten Systemen - Grundlagen: Internet-Protokolle

10 Internet Protocol v4 Version: klassisch v4, zukünftig v6
Kopflänge: Länge des Paketkopfs in 32Bit-Worten Servicetypen: Prioritätsvergabe Paketlänge: Länge des ganzen Pakets in Byte Identifikation, DF, MF, Fragmentabstand: s.u. Lebenszeit: verbleibende Paketlebenszeit Protokoll: Nummer des transportierten Protokolls Torsten Sorger / Martin Gaitzsch Sicherheit in vernetzten Systemen - Grundlagen: Internet-Protokolle

11 Internet Protocol v4 Kopfprüfsumme: Prüfsumme über den Paketkopf
Sender- und Empfängeradresse: eindeutige 32Bit Adressen Optionen: für flexible Erweiterbarkeit (z.B. Zeitstempel, Source Routing,...) Füllzeichen: Auffüllen auf Vielfaches von 32-Bit Nutzdaten (z.B. TCP) Torsten Sorger / Martin Gaitzsch Sicherheit in vernetzten Systemen - Grundlagen: Internet-Protokolle

12 IP-Adressen 32-Bit lang (z.B: 134.100.14.15 oder 86640E0Fhex)
global eindeutig (mit Ausnahmen) bestehen aus Netz- und Host-Anteil früher: Netzanteil nur in 8, 16 und 24 Bit (Klasse A,B und C) mit CIDR: flexibler Netzanteil zusätzlich: Multicast-Adressen private Adressen... Torsten Sorger / Martin Gaitzsch Sicherheit in vernetzten Systemen - Grundlagen: Internet-Protokolle

13 IP - Fragmentierung Felder: DF, MF, Identifikation, Fragmentabstand
kann nur bei DF=0 angewendet werden wird von den Routern eigenständig vorgenommen kann bei Bedarf wiederholt angewendet werden Zielhost muss die Fragmente zusammensetzen Torsten Sorger / Martin Gaitzsch Sicherheit in vernetzten Systemen - Grundlagen: Internet-Protokolle

14 IP - Fragmentierung: Beispiel
Netz1: MTU 1200Byte Netz2: MTU 532 Byte Netz3: MTU 276 Byte Paket mit Länge 1044Byte (= 20Byte Header Byte Daten) und nicht gesetztem DF-Bit soll über die 3 Netze übertragen werden Torsten Sorger / Martin Gaitzsch Sicherheit in vernetzten Systemen - Grundlagen: Internet-Protokolle

15 IP - Fragmentierung: Beispiel
Netz1: 1200 ID / MF=0 / FO=0 / Rest Daten Netz2: 532 ID / MF=1 / FO=0 / Rest Daten ID / MF=0 / FO=64 / Rest Daten Netz2: 276 ID / MF=1 / FO=0 / Rest 0..255 ID / MF=1 / FO=32 / Rest ID / MF=1 / FO=64 / Rest ID / MF=0 / FO=96 / Rest Torsten Sorger / Martin Gaitzsch Sicherheit in vernetzten Systemen - Grundlagen: Internet-Protokolle

16 IP - Fragmentierung Die Reihenfolge der Ankunft beim Zielhost spielt keine Rolle. Wenn nach Ablauf eines Timers nicht alle Teilpakete angekommen sind, wird das Paket verworfen. Torsten Sorger / Martin Gaitzsch Sicherheit in vernetzten Systemen - Grundlagen: Internet-Protokolle

17 Ports Ports von 0 bis gibt es unabhängig voneinander bei TCP und UDP sie stellen die Endpunkte einer Kommunikationsbeziehung zwischen zwei Rechnern dar die sog. „well-known-ports“ von sind standardisiert z.B.: TCP-Port 80 für http UDP+TCP-Port 53 für DNS UDP-Port 123 für NTP Torsten Sorger / Martin Gaitzsch Sicherheit in vernetzten Systemen - Grundlagen: Internet-Protokolle

18 TCP (Transmisson Control Protocol)
verbindungsorientiertes Protokoll beinhaltet verschiedene Algorithmen zur Fehler-erkennung und -behandlung Sequenznummern Quittungsnummern Anzeigen (Flags) die richtige Reihenfolge der Daten ist garantiert bietet der Anwendungsschicht einen zuverlässigen Transportdienst Torsten Sorger / Martin Gaitzsch Sicherheit in vernetzten Systemen - Grundlagen: Internet-Protokolle

19 TCP (Transmisson Control Protocol)
Sender-Port Empfänger-Port Sequenznummer Quittungsnummer Kopflänge Reserviert Anzeigen Fenstergrösse Prüfsumme Urgent Zeiger Optionen Füllzeichen Eigentliche Nutzdaten bzw. Protokoll-Köpfe+Daten von Protokollen höherer Schichten (z.B. http) Torsten Sorger / Martin Gaitzsch Sicherheit in vernetzten Systemen - Grundlagen: Internet-Protokolle

20 TCP Sender- und Empfängerport: Endpunkte der TCP-Verbindung
Sequenznummer: Nummer zur Indentifizierung gesendeter Datensegmente Quittungsnummer: Nummer zur Bestätigung bereits empfangener Datensegmente Kopflänge: Länge des TCP-Kopfs in 32Bit-Worten Anzeigen: zur Steuerung (z.B. Verbindungsauf und -abbau) Torsten Sorger / Martin Gaitzsch Sicherheit in vernetzten Systemen - Grundlagen: Internet-Protokolle

21 TCP Fenstergröße: wird vom Host je nach Belastung dynamisch festgelegt
Prüfsumme über: TCP-Paketkopf Daten Teil des IP-Paketkopfs (u.a. Quell und Zieladresse) Urgent-Zeiger: Zeiger auf das Ende von dringenden Daten, die vor den eigentlichen Nutzdaten stehen Torsten Sorger / Martin Gaitzsch Sicherheit in vernetzten Systemen - Grundlagen: Internet-Protokolle

22 TCP Optionen: z.B. MSS (Maximum Segment Size)
Füllzeichen: auf die nächste 32-Bit-Grenze wird mit Nullen aufgefüllt Nutzdaten (z.B. http) Torsten Sorger / Martin Gaitzsch Sicherheit in vernetzten Systemen - Grundlagen: Internet-Protokolle

23 UDP - User Datagramm Protocol
verbindungsloses Protokoll der Transportschicht bietet keine gesicherte Übertragung Flusskontrolle Garantie auf Reihenfolgeerhalt einfaches Protokoll ohne großen Overhead Torsten Sorger / Martin Gaitzsch Sicherheit in vernetzten Systemen - Grundlagen: Internet-Protokolle

24 UDP - User Datagramm Protocol
Sender-Port Empfänger-Port Länge Prüfsumme Sender- und Empfängerport: Endpunkte der UDP-„Verbindung“ Länge: Länge des UDP-Pakets Prüfsumme: ist optional und wird gebildet über: UDP-Paketkopf Daten Teil des IP-Paketkopfs (u.a. Quell und Zieladresse) Torsten Sorger / Martin Gaitzsch Sicherheit in vernetzten Systemen - Grundlagen: Internet-Protokolle

25 ICMP - Internet Control Message Protocol
Steuer- und Fehlerbenachrichtigungsprotokoll wird von IP, aber auch von höheren Schichten wie UDP und TCP benutzt dient unter anderem zu Testzwecken ICMP-Daten werden in IP-Paketen verschickt Torsten Sorger / Martin Gaitzsch Sicherheit in vernetzten Systemen - Grundlagen: Internet-Protokolle

26 ICMP - Internet Control Message Protocol
Typ Code Prüfsumme Verschiedenes Daten Typ: Art der ICMP-Nachricht Code: weitere Unterteilung innerhalb des Typs Prüfsumme: über das ICMP-Paket Verschiedenes: nur bei manchen Typen genutzt Daten: bei den meisten Typen der IP-Kopf des fehlererzeugenden Pakets + 64 weitere Bits Torsten Sorger / Martin Gaitzsch Sicherheit in vernetzten Systemen - Grundlagen: Internet-Protokolle

27 ICMP - Nachrichtentypen
1. Fehlermeldungen Typ3: Destination Unreachable Code0: Netz nicht erreichbar Code1: Rechner nicht erreichbar Code2: Protokoll nicht erreichbar Code3: Port nicht erreichbar Code4: Fragmentierung erforderlich, aber DF=1 Typ4: Source Quench Typ5: Redirect Typ11: Time Exeeded Typ12: Parameter Problem Torsten Sorger / Martin Gaitzsch Sicherheit in vernetzten Systemen - Grundlagen: Internet-Protokolle

28 ICMP - Nachrichtentypen
2. Anfragen Typ8: Echo Request Typ0: Echo Reply (einzige IMCP-Nachricht, die jeder Rechner unterstützen muss) Typ17: Adress Mask Request Typ18: Adress Mask Response PING Torsten Sorger / Martin Gaitzsch Sicherheit in vernetzten Systemen - Grundlagen: Internet-Protokolle

29 Demonstration Ping mit Ethereal:
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30 TCP Verbindungsablauf
Drei Phasen: Verbindungsaufbau Datenaustausch Verbindungsabbau Torsten Sorger / Martin Gaitzsch Sicherheit in vernetzten Systemen - Grundlagen: Internet-Protokolle

31 1. Verbindungsaufbau Verbindungswunsch Bestätigung durch beide Seiten
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32 Sequenznummern Erhaltung der Reihenfolge Nummerierung:
Zufallszahl auf beiden Seiten Seq.nr. := Initiale Seq.nr. + Byte-Position im Datenstrom Torsten Sorger / Martin Gaitzsch Sicherheit in vernetzten Systemen - Grundlagen: Internet-Protokolle

33 2. Datenaustausch Senden eines Segments und Start eines Timer
Bestätigung mit nächster erwarteter Seq.nr. wird Timer überschritten, erneutes Senden Torsten Sorger / Martin Gaitzsch Sicherheit in vernetzten Systemen - Grundlagen: Internet-Protokolle

34 sliding window Torsten Sorger / Martin Gaitzsch Sicherheit in vernetzten Systemen - Grundlagen: Internet-Protokolle

35 variable window Größe des Fensters kann variieren:
Reagieren auf Netzwerk-Engpässe Flusskontrolle (z.B. zwischen verschieden starken Partnern) Torsten Sorger / Martin Gaitzsch Sicherheit in vernetzten Systemen - Grundlagen: Internet-Protokolle

36 3. Verbindungsabbau Senden eines Segments mit FIN=1 Bestätigung
muss für beide Richtungen gemacht werden Torsten Sorger / Martin Gaitzsch Sicherheit in vernetzten Systemen - Grundlagen: Internet-Protokolle

37 Demonstration TCP Verbindungsablauf mit Ethereal:
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38 Zustandsautomat Torsten Sorger / Martin Gaitzsch Sicherheit in vernetzten Systemen - Grundlagen: Internet-Protokolle

39 Fehlerbehandlung Checksummen-Fehler Ablehnung einer Verbindung
Abgebrochene Verbindungen Torsten Sorger / Martin Gaitzsch Sicherheit in vernetzten Systemen - Grundlagen: Internet-Protokolle

40 Checksummen-Fehler Erkennen von Übertragungsfehlern
Defekte Pakete werden weggeworfen Nach Timeout wird das entsprechende Paket neu gesendet Torsten Sorger / Martin Gaitzsch Sicherheit in vernetzten Systemen - Grundlagen: Internet-Protokolle

41 Ablehnung einer Verbindung
Versuch eines Verbindungsaufbaus zu einem geschlossenen Port Beispiel TCP Beispiel UDP Torsten Sorger / Martin Gaitzsch Sicherheit in vernetzten Systemen - Grundlagen: Internet-Protokolle

42 Beispiel TCP Torsten Sorger / Martin Gaitzsch Sicherheit in vernetzten Systemen - Grundlagen: Internet-Protokolle

43 Beispiel UDP Torsten Sorger / Martin Gaitzsch Sicherheit in vernetzten Systemen - Grundlagen: Internet-Protokolle

44 Abgebrochene Verbindung
plötzlicher Abbruch (Absturz, Kabel entfernt, ...) Schließen der Verbindung nach Timeout Torsten Sorger / Martin Gaitzsch Sicherheit in vernetzten Systemen - Grundlagen: Internet-Protokolle

45 IP Routing Protokolle RIP : Routing Information Protocol
OSPF: Open Shortest Path First BGP4: Border Gateway Protocol 4 IGP EGP Distance Vector Algorithmus RIP BGP4 Link State Algorithmus OSPF Torsten Sorger / Martin Gaitzsch Sicherheit in vernetzten Systemen - Grundlagen: Internet-Protokolle

46 IPv6 Adressgrösse 128 Bit Einfacheres Header-Format
Erweiterte Unterstützung von Optionen Dienstarten Sicherheit Erweiterbarkeit Torsten Sorger / Martin Gaitzsch Sicherheit in vernetzten Systemen - Grundlagen: Internet-Protokolle

47 … das war‘s ! Fragen ? Kommentare ?
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48 Literaturliste I RFCs http://www.ietf.org/rfc/rfc####.txt
0768 – User Datagram Protocol 0791 – Internet Protocol Version 4 0792 – Internet Control Message Protocol 0793 – Transmission Control Protocol 2018 – Transmission Control Protocol Selective ACK 2460 – Internet Protocol Version 6 Torsten Sorger / Martin Gaitzsch Sicherheit in vernetzten Systemen - Grundlagen: Internet-Protokolle

49 Literaturliste II Bücher: NetCat Ethereal:
TCP/IP Network Administration (Craig Hunt) Technik der IP-Netze (Anatol Badach & Erwin Hoffmann) NetCat Ethereal: Torsten Sorger / Martin Gaitzsch Sicherheit in vernetzten Systemen - Grundlagen: Internet-Protokolle