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Einführung: Grundlegende Design-Prinzipien des Internet.

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Präsentation zum Thema: "Einführung: Grundlegende Design-Prinzipien des Internet."—  Präsentation transkript:

1 Einführung: Grundlegende Design-Prinzipien des Internet

2 Ursprüngliche Entwurfsentscheidungen Paketvermittlung –damals eine neue Technik, im ARPANET erforscht Hohe Verfügbarkeit des Netzes –Datengrammtechnik (vs. virtual circuit) –wenig Zustandsinformation im Netz –verteilte Verwaltung Soll viele verschiedene Dienste unterstützen können –Internet Protocol (IP) als Netzwerkprotokoll –Transmission Control Protocol (TCP), User Datagram Protocol (UDP) als Transportprotokolle (-> Bezeichnung TCP/IP) –Anwendungen direkt auf Transportprotokolle aufgesetzt Netzverbund mit heterogenen Teilnetzen –Minimale Anforderungen an die Subnetze (bez. Zuverlässigkeit, Durchsatz, etc.), Fragmentierungsfunktion in IP „Offenes System“ –Spezifikation offen gelegt und unter öffentlicher Kontrolle

3 Schichtenarchitektur von TCP/IP

4 Dienstschnittstellen zur Anwendung: nicht standardisiert, anwendungsabhängig zu den Transportprotokollen: De-facto Standard (socket-Schnittstelle) –Dienst von UDP: Verbindungslos, unzuverlässig –Dienst von TCP: Verbindungsorientiert, zuverlässig zu IP: Eingschränkt auf Super-User / Systemprogramme, via raw socket –Verbindungslos, unzuverlässig zu den phys. Subnetzen: Netz- und implementa- tionsabhängig, oft jedoch IEEE 802.x

5 Geschichte des Internet (I) Baut auf Forschung im Bereich Paketvermittlung auf (Arpanet, ca. ab 1967) 1973: Bob Kahn postuliert eine neue Architektur, basierend auf Konzept Netzverbund 1973/74: Implementation des Konzepts in der Gruppe von Vint Cerf in Stanford; erstes Internet mit 3 Netzen 1977: Einbindung des Arpanet Ab ca. 1980: Arpanet ist wichtiger Backbone des wachsenden Internet 1983: TCP/IP als Standard für das US-DoD verankert DARPA-finanzierte Implementation von TCP/IP (entwickelt von BBN) und deren Integration in Berkeley UNIX (BSD); socket- Schnittstelle.

6 Geschichte des Internet II 1986: NSFNET in USA als Rückgratnetz von neuen regionalen Netzen Ab 1987: Aufbau von TCP/IP- Netzen in Europa und Australien - weltweites Internet ca. 1988/89: Aufbau und Anschluss des Schweizerischen akad. Forschungsnetzes (SWITCH) an das Internet. Rückgratnetz mit 2 Mbit/s! 1990: Übergang von 56 kbit/s auf Mbit/s (T1) für Leitungen des NSFNET 1990: Mehr als 3000 Netze und 200‘000 Hosts 1992: Übergang auf 45 Mbit/s im Backbone im NSFNET; Start der Entw. von IP next generation 1994/95: Explosion des Internet nach der „Erfindung“ des WWW Seither: Triebfeder der Informationsgesellschaft

7 Standardisierungsprozess: Dokumentation Request for Comment (RFC): Reihe von elektronisch zugänglichen Publikationen, welche das Internet beschreiben. Frühere Reihe von Publikationen: Internet Engineering Notes (IEN). Nicht mehr weitergeführt Internet Drafts (ID): Diskussions- und Entwurfsdokumente für die Standardisierung, zeitlich beschränkge Gültigkeit. Dokumentation ist vollständig im Internet verfügbar.

8 Adressierung Address Resolution Protocol Das IP Protokoll

9 Konzept und Architekturmodell des Internet "The TCP/IP internet protocols treat all networks equally. A local area network like an Ethernet, a wide area network like the NSFNET backbone, or a point-to-point link between two machines each count as one network." (D. Comer) Rechner Internet Rechner Internet Router Physikalisches Netz

10 Konzept und Architekturmodell des Internet IV Das Internet beruht auf dem Zusammenschluss von teilautonomen Subnetzen mittels Verbindungsrechnern (Routern). Router leiten den Datenverkehr gemäss einer Netzwerkadresse, nicht einer Endsystemadresse. Diese Form der Datenweiterleitung ist transparent für Benutzer. Netzwerk 1Netzwerk 2Netzwerk 3 R1 R2

11 Adressierung im Internet: Adresstypen Klasse A0 NetzID RechnerID Klasse B10 NetzID RechnerID Klasse C110 NetzID RechnerID Klasse D1110 Multicast Adresse Klasse E11110 Reserviert für spätere Verwendung

12 Adressierung im Internet: Darstellung Darstellung als 4 Oktette in Dezimalnotation, getrennt durch einen Punkt, z.B Klasse Azwischen 1 und 126 Klasse Bzwischen und Klasse Czwischen und Um ein Netz zu adressieren, wird der Rechnerteil einer Adresse auf Null gesetzt, z.B. B-Netz der ETH: Um alle Rechner in einem Netz zu erreichen (Broadcast), wird der Rechnerteil auf 1 gesetzt, z.B

13 Adressierung im Internet: Spezielle Adressen Alles Null Alles Null Rechner Alles Eins Netz Alles Eins 127 Beliebig Lokaler Rechner Rechner auf lokalem Netz Beschränkter Broadcast (auf lokalem Netz) Gerichteter Broadcast für "Netz" Lokaler Loopback Eine Null in einem Teil der Adresse bezeichnet per Konvention den lokalen Rechner bzw. das lokale Netz. Die Adresse (oft auch ) ist der "lokale loopback" eines Rechners.

14 Adressierung im Internet: Namensautorität und Subnetze Die Adressautorität im Internet wird durch die zentrale Vergabe von Netzadressen durch das NIC in den USA ausgeübt. Um die Freiheit der lokalen Konfiguration zu erhöhen, und die Anzahl vergebener Netzadressen zu minimieren, ist die Verwendung lokaler Subnetz-Masken zur internen Unterteilung des Rechner-Teils der Adresse möglich. Klasse B10 NetzID RechnerID Subnetz10 NetzID Subnetz RechnerID Bitsn Bits16-n Bits Subnetz-Maske Beispiel: Netz , Maske = 10 Bit Subnetz

15 Adressierung im Internet: Schwachpunkte Wenn ein Rechner an ein anderes Netz angehängt wird, muss seine Adresse geändert werden. Die Reihenfolge der Adressbytes ist im Standard festgelegt. Wenn z.B. ein C-Netz auf mehr als 255 Rechner wächst, müssen alle Rechner auf ein B-Netz migriert werden. Ein Rechner mit mehreren Anschlüssen an das Internet braucht mehrere Adressen, die auch verschiedene Routen implizieren. Netz 2 Router Rechner ARechner B I1 I2 I3 I4 I5

16 Problem der Adressabbildung Rechner Internet Router Physikalisches Netz

17 Abbildung von IP-Adressen auf physikalische Adressen Gegeben 2 Rechner, die am selben physikalischen Subnetz angeschlossen sind. Beide Rechner haben je eine IP-Adresse, und je eine physikalische Adresse bezüglich ihres gemeinsamen Netzes (z.B. eine Ethernet-Adresse). Will Rechner A Daten an Rechner B senden, so muss er anhand der IP-Adresse von Rechner B die Ethernet- Adresse von Rechner B herausfinden, um die Daten über das gemeinsame Netz zu senden.

18 Wege zur Abbildung von IP-Adressen auf physikalische Adressen Direkte Abbildung durch Berechnung aus der IP-Adresse: dies ist nur in bestimmten Netzen möglich, und auch nur, solange das Adressierschema in beiden Adressräumen eingehalten wird. Suche der physikalischen Adresse in einem Verzeichnisdienst anhand der IP-Adresse. Dynamische Bindung durch Nachfragen auf dem lokalen Netz mittels des "Address Resolution Protocol": Rechner A sendet ein spezielles Broadcast-Paket auf das lokale Netz, in dem die IP-Adresse von Rechner B angegeben ist, und in dem nach der physikalischen Adresse von Rechner B gefragt wird. Rechner B füllt die gesuchte Adresse ein und sendet das Paket zurück.

19 Aufbau eines ARP-Paketes Frame Kopf Frame Datenteil ARP Paket Hardware TypProtokoll Typ OperationstypHLENPLEN Sender HA (Bytes 0 bis 3) Sender HA (Bytes 4 bis 5)Sender IP (Bytes 0 bis 1) Sender IP (Bytes 2 bis 3)Ziel HA (Bytes 0 bis 1) Ziel HA (Bytes 2 bis 5) Ziel IP (Bytes 0 bis 3)

20 Aufbau eines IP-Paketes VersGesamtlänge Fragment-Offset Diensttyp Identifikation LebenszeitKopf-Prüfsumme IP-Adresse des Empfängers IP-Adresse des Senders IP-Optionen (falls vorhanden) Daten HLEN Flags Protokoll "Padding" …

21 Länge und Diensttypangabe in einem IP-Paket Das Feld HLEN gibt die Länge des IP-Kopfes an. Das einzige variabel lange Feld sind die IP-Optionen, die mittels des "Padding-Feldes" wieder auf ein Vielfaches von 32 gebracht werden. Typische Grösse (ohne Optionen) ist 20 Byte (HLEN = 5). Diensttyp: Priorität (0 bis 7)DTRnicht benutzt hohe Verlässlichkeit hoher Durchsatz niedrige Verzögerung

22 Weitere Felder in einem IP-Paket: Fragmentierung Die Felder Identifikation, Flags und Fragment-Offset kontrollieren die Zerlegung zu langer Datenpakete in mehrere kleinere Pakete. Ethernet-Frames können maximal 1500 Bytes lang sein. Diese Maximalwerte werden als MTU (maximum transfer unit) bezeichnet. Ist ein IP-Paket grösser als die vorhandene MTU, muss das IP- Paket fragmentiert (zerlegt) werden.

23 Fragmentierung von IP-Paketen Netzwerk 2 MTU = 620 R1 Rechner ARechner B R2 Netzwerk 1 MTU = 1500 Netzwerk 3 MTU = 1500 Datagram-Kopf 1400 Bytes Daten Datagram-Kopf 600 Bytes Daten 600 Bytes Daten 200 Bytes Daten Fragment-1-Kopf 600 Bytes Daten Fragment-2-Kopf 600 Bytes Daten Fragment-3-Kopf 200 Bytes Daten Flag "weitere Fragmente" gesetzt

24 Weitere Felder in einem IP-Paket: Identifikation, Offset, Flags Das Feld "Identifikation" enthält eine eindeutige Nummer des ursprünglichen IP-Pakets. Der Fragment-Offset spezifiziert die Stelle im ursprünglichen IP- Paket, an dem das aktuelle Fragment eingesetzt werden muss. Mittels des Felds "Flags" kann Fragmentierung verboten werden, es wird auch zum Signalisieren weiterer Fragmente benutzt. Das Feld "Gesamtlänge" in einem Fragment bezieht sich auf die Länge des Fragmentes, nicht auf die Länge des IP-Pakets. Einmal fragmentierte Pakete werden erst beim Empfänger wieder zusammengesetzt (Nachteile: Zusatzlast und Gefahr von Verlust).

25 Weitere Felder in einem IP-Paket: Lebenszeit Das Feld "Lebenszeit" gibt an, wie lange (in Sekunden) ein Paket im Internet unterwegs sein darf, bevor es gelöscht wird. Beim Erstellen des Paketes wird eine Maximalzeit angegeben, die bei jeder Weiterleitung des Pakets dekrementiert wird. Wird ein Paket in einem Router verzögert, wird ein entsprechend höherer Wert abgezogen. Wird ein Paket wegen "Lebenszeit = 0" vor seiner Ankunft beim Empfänger gelöscht, muss das löschende System eine Fehler- meldung an den Urheber des Pakets zurücksenden.

26 Weitere Felder in einem IP-Paket: Protokoll, Prüfsumme, Adressen Das Feld "Protokoll" gibt an, welches hierarchisch über IP liegende Protokoll das Paket erzeugt hat, d.h. in welchem Format sich die Daten befinden. Das Feld Kopf-Prüfsumme dient der Datensicherung, bei der Bildung der Prüfsumme wird dieses Feld als "0" angenommen. Die Felder mit den IP-Adressen von Sender und Emfänger haben End-zu-End-Signifikanz, d.h sie werden nicht verändert, während das Paket durch das Internet transportiert wird.

27 Weitere Felder in einem IP-Paket: IP-Optionen IP-Optionen KopieOpt. KlasseOptionsnummer Das Flag "Kopie" gibt an, ob bei Fragmentierung die Optionen nur im ersten Fragment, oder in allen Fragmenten gesetzt werden. Optionsklasse 0Normales Datengramm oder Netzwerk-Kontrolle 1reserviert für zukünftige Benutzung 2Fehlersuche und Messungen 3reserviert für zukünftige Benutzung

28 Weitere Felder in einem IP-Paket: Optionale Elemente Optionen für Leitweglenkung und Zeitstempel Die Option "Wegaufzeichnung" ermöglicht die Protokollierung des Weges des Pakets durch das Netz im Optionsfeld des IP-Pakets. Die Option für die Wahl des Leitweges ermöglicht es dem Sender eines IP-Pakets, den Weg zum Empfänger zu diktieren. Diese Option wird meist zu Testzwecken benötigt. Die Zeitstempel-Option arbeitet ähnlich zur Option "Wegaufzeich- nung", es wird jedoch ein zusätzlicher Zeitstempel angegeben. Weitere Flags steuern die Details der Angabe von Zeitstempeln.

29 Internet Control Message Protocol (ICMP)

30 Einführung in ICMP Zur Steuerung und Verwaltung des Internet ist ein gesondertes Protokoll nötig, welches "normalen" Benutzern nicht zugänglich ist. Typische Aufgaben des Internet-Kontrollprotokolls sind: Koordination zwischen Routern und Endsystemen Fehlererkennung und -korrektur Überwachung und Messung des Verkehrsaufkommens ICMP stellt eine Kommunikationsmöglichkeit zwischen der IP-Software auf Internet-Rechnern zur Verfügung. ICMP benutzt den IP-Dienst, gehört logisch aber auf die selbe Protokollschicht, wie das IP-Protokoll.

31 ICMP-Meldungstypen 0Echo-Antwort 3Destination unerreichbar 4"Source Quench" 5Änderung einer Route 8Echo-Anforderung 11Datagram-Lebenszeit überschritten 12Parameter-Problem im Datengramm 13Zeitstempel-Anforderung 14Zeitstempel-Antwort 15Informations-Anforderung (nicht mehr benötigt) 16Informations-Antwort (nicht mehr benötigt) 17Adressmasken-Anforderung 18Adressmasken-Antwort

32 Meldungen über nicht erreichbare Destinationen Typ (3)Prüfsumme Unbenutzt, muss Null sein Internet-Kopf und erste 64 Bit des Datengramms Code (0-12) Wenn ein IP-Paket nicht weitergeleitet werden kann, wird eine entsprechende Fehlermeldung erzeugt. 0Netz nicht erreichbar7Zielrechner unbekannt 1Rechner nicht erreichbar8Zielrechner isoliert 2Protokoll nicht erreichbar9Netzkommunikation unerwünscht 3Port nicht erreichbar10Rechnerkommunikation unerwünscht 4Fragmentierung benötigt11Netz für diesen Dienst unerreichbar 5Falsche Quell-Route12Rechner für diesen Dienst unerreichbar 6Zielnetz unbekannt

33 Automatische Konfiguration mit dem Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP)

34 Wozu DHCP? Automatische Konfiguration von Hosts Zu konfigurierende Parameter: –IP-Adresse –Gateway- (Router-) Adressen –IP-Maske (Subnetting) –Adressen der DNS-Server –Link MTU, default time-to-live –… und sehr viel mehr, s. Appendix A von RFC 2131RFC 2131 Ohne DHCP: Einstellung von Hand (Netzwerk- Kontrollfeld in Windows, Registry, oder nicht einstellbar Unangenehm: Bei einer Konfigurationsänderung von Hand muss Windows (95, 98) neu gestartet werden

35 Aufbau einer DHCP-Nachricht htypeop-Operationhlenhops xid-Transaction ID secs-Sekunden seit Beginn ciaddr-Client-Adresse (falls schon zugewiesen) yiaddr-Neu zugewiesene Client-Adresse siaddr-Adresse des Bootstrap-Server giaddr-Adresse des Relay-Agent chaddr-Hardware-Adresse des Client (16) sname-Hostname des Servers (optional) (64) file-Bootstrap-Filename (128) Flags Optionen (variabel lang)

36 Typischer Ablauf des DHCP-Protokolls Server (nicht gewählt)ClientServer (gewählt) DHCPDiscover DHCPOffer DHCPRequest (rej) DHCPRequest (acc) DHCPAck DHCPRelease Bestimmt Konfiguration Wählt aus Client ist konfiguriert t

37 Die Transportprotokolle: Transmission Control Protocol (TCP) User Datagram Protocol (UDP) Die Socket-Schnittstelle

38 Einführung in TCP TCP implementiert ein verbindungsorientiertes, zuverlässiges Transport- Protokoll, aufbauend auf dem IP-Dienst.

39 Adressierung von Anwendungsprozessen: Beispiel TCP/IP - Portnummern Rechner Internet Router Physikalisches Netz IP 3 4UDP Proto=17 AP1AP2AP Port- Nummern

40 Koordination der global zugeordneten Ports Internet Assigned Numbers Authority (IANA): Zuständig für Vergabe von Konstanten in TCP/ IP- Protokollen (port numbers, protocol numbers,...) – neu unter der Verantwortung von ICANN Bereich : Für globale "well known" ports, kontrolliert von der IANA Bereich : Frei für dynamische Allozierung durch Prozesse oder für statische Allozierung mit lokaler Bedeutung –Registrierung durch IANA ist optional Aktuelle globale / statische Zuordnungen:

41 Well-known port numbers: /etc/services (Auszug) # Note that it is presently the policy of IANA to assign a single well-known # port number for both TCP and UDP; hence, most entries here have two entries # even if the protocol doesn't support UDP operations. # Updated from RFC 1700, “Assigned Numbers” echo7/tcp echo7/udp discard9/tcpsink null discard9/udpsink null ftp-data20/tcp ftp21/tcp telnet23/tcp smtp25/tcpmail time37/tcptimserver time37/udptimserver nameserver42/tcpname# IEN 116 whois43/tcpnicname domain53/tcpnameserver# name-domain server domain53/udpnameserver

42 Eigenschaften des Transmission Control Protocol (TCP) verbindungsorientiert Vollduplex-Verbindung stellt eine “byte pipe” zur Verfügung - unstrukturierter Datenstrom Sliding Window-Protokoll Folgenummern sind Bytenummern Maximale Fenstergrösse 2 16 Bytes Variable Grösse des Sendefensters bestimmt durch das Maximum von: –Angabe des Empfängers (receiver window size) –Congestion window size, abhängig von einer lokalen Schätzung der Netzbelastung -> “Slow Start” Algorithmus

43 TCP-Segmentformat Port des SendersPort des Empfängers Sequenznummer im Bytestrom des Senders Bestätigungsnummer (ACK in Gegenrichtung) HLENReserviertCode BitsGrösse des Emfängerfensters Prüfnummer (auch über Daten)Dringlichkeitszeiger Optionen (falls vorhanden)"Padding" Daten … Code Bits: URG, ACK, PSH, RST, SYN, FIN Dringlichkeitszeiger: zeigt auf das Ende der dringenden Daten im TCP-Datenfeld.

44 Verbindungsaufbau Aktives Öffnen einer Verbindung (SYN) Passive Seite nimmt eine Verbindung auf einer bestimmten Port-Nummer entgegen Die initialen Sequenznummern werden auf jeder Seite zufällig gewählt und bestätigt. 3-fach-Handshake (nötig wegen des unzuverlässigen Dienstes von IP): Sende SYN seq=x Empf. SYN Sende SYN seq=y, ACK x+1 Empf. SYN + ACK Sende ACK y+1 Empf. ACK

45 Verbindungsaufbau, zwei Fehlerszenarien altes Duplikat SYN, Seq=x RST, Seq=y+1 SYN, Seq=y, Ack=x+1 altes Duplikat SYN, Seq=x RST, Seq=y+1 SYN, Seq=y, Ack=x+1 altes Duplikat Data, Seq=x+1, Ack=z wird ver- worfen

46 Abbau einer TCP-Verbindung Aktive Seite (links) schliesst Verbindung mit FIN-Flag Neue Daten werden nicht mehr übertragen, von rechts ankommende Daten werden jedoch noch bestätigt. 4-fach-Handshake; jede Seite wird separat beendet (TCP half close) Sende FIN seq=x Empf. ACK Empf. FIN Sende ACK x+1 Applikation informieren Empf. FIN + ACK Sende ACK y+1 Sende FIN, ACK x+1 Empf. ACK

47 Segmente, Datenströme und Sequenznummern TCP betrachtet einen Datenstrom als Sequenz von Bytes, die für die Übertragung in TCP-Segmente eingeteilt werden. Jedes Segment wird dann in der Regel auf ein IP-Paket abgebildet. (Grösse eines Segmentes bei lokaler Übertragung gemäss physikalischem Netz, sonst 536 Bytes) TCP verwendet ein "sliding window" Protokoll, um möglichst effizient Daten zu übertragen, und Flusskontrolle zu ermöglichen. Bei einer Vollduplex-Verbindung müssen insgesamt 4 Fenster verwaltet werden

48 Variable Fenstergrössen Die Fenstergrösse im TCP "sliding window" Protokoll kann variiert, d.h. an den "Füllstand" des Netzes bzw. des Empfängers angepasst, werden. Flusssteuerung –Jedes Bestätigungspaket enthält einen "window advertisement" Wert, in dem der Empfänger angibt, für wieviele weitere Pakete er noch freie Kapazität hat (das Fenster kann also grösser oder kleiner werden). Verkehrssteuerung –Jacobsen's "slow start" Algorithmus variiert die Grösse des Sendefensters, um die Senderate an die Netzbelastung anzupassen (s. Folie 18).

49 Slow Start Algorithmus ssthresh Exponentiell ansteigende Fenstergrösse Linear ansteigende Fenstergrössse Anzahl round trip times congestion window size (in Segmenten) timeout

50 Verbindungen und Verbindungsendpunkte Eine TCP-Verbindung wird durch ein Paar von Adressen und Port-Nummern identifiziert (Verbindungsendpunkte): IP-Adresse und Port-Nummer Host A IP-Adresse und Port-Nummer Host B Jede Verbindung wird durch ein Paar von Verbindungsendpunkten eindeutig identifiziert -> mehrere Verbindung zwischen den gleichen Hosts sind dadurch gleichzeitig möglich.

51 Identifikation von Verbindungen Host A (Client-Maschine) Host B (Server-Maschine) Daemon (tcp, *, 23) Server 1 (tcp, B, 23) Server 2 (tcp, B, 23) Client 1 (tcp, A, 1055) Client 2 (tcp, A, 1056) (tcp, A, 1055, B, 23) (tcp, A, 1056, B, 23) fork

52 Routing

53 Distanzvektor Routing Jeder Router sendet einen Vektor mit den kürzesten Distanzen zu allen erreichbaren Netzadressen an seine Nachbarn. Ein Router führt seine Tabellen nach, falls er von einem Nachbarn erfährt, dass eine Netzadresse auf kürzerem Weg erreicht werden kann. Der Distanzvektor wird periodisch gesendet oder immer, wenn die Tabellen nachgeführt werden müssen.

54 Distanzvektor Routing Beispiel A BC D E B->A: [(D,4) (E,3) (C,1) (A,4)] Routing Updates: E->A: [(D,3)(B,3)(A,2)]

55 Implementation: RIP-2 –IETF RFC-2453 –RIP verteilt erreichbare Netzadressen mit zugehöriger Distanz (Anzahl Hops) an Nachbarn. –Sendet Information alle 30 Sekunden oder immer, wenn die Forwardingtabelle geändert werden musste. –Maximaler Netzdurchmesser beträgt 15 Router (Hops), um die Konvergenzzeit zu begrenzen (count to infinity Problem). –RIP-2 verwendet UDP mit Port 520. –Nur ein einzelner Pfad pro Zieladresse ist gespeichert. Kein Lastausgleich möglich. –Die meisten UNIX Systeme haben RIP eingebaut (routed).

56 Subnetting Die Adressautorität im Internet wird durch die zentrale Vergabe von Netzadressen durch das NIC in den USA ausgeübt. Um die Freiheit der lokalen Konfiguration zu erhöhen, und die Anzahl vergebener Netzadressen zu minimieren, ist die Verwendung lokaler Subnetz-Masken zur internen Unterteilung des Rechner-Teils der Adresse möglich. Klasse B10 NetzID RechnerID Subnetz10 NetzID Subnetz RechnerID Bitsn Bits16-n Bits Subnetz-Maske Beispiel: Netz , Maske = 10 Bit Subnetz

57 Network Address Translation (NAT) Prof. B. Plattner

58 Voraussetzungen für die Umsetzung Internet-Adressraum muss einen Teil mit global eindeutigen und einen Teil mit wiederverwendbaren, lokalen Adresssen aufgeteilt werden Wiederverwendbar, nur lokal geroutet: –Klasse A: Netz (10/8) –Klasse B: Netze bis (172.16/12) –Klasse C: Netze bis ( /16) Lokale Adressen werden nach aussen nicht bekannt gemacht, nur die zugehörigen globalen Adressen Routing-Protokoll innerhalb des Intranet arbeitet mit den lokalen Adressen

59 Beispiel: Basic NAT Intranet NAT Edge Router mit NAT Internet (via ISP) Zugangsrouter des ISP

60 Mehrere private Hosts, eine externe Adresse Eine einzige IP-Adresse wird mehreren Hosts zugeordnet Neben den IP-Adressen müssen auch Port-Nummern übersetzt werden Host Host NAT Web-Server : : : :80 ! : :80

61 Network Address and Port Translation Host Host NAT Web-Server : : : :80 ! : : : :80 NAT ordnet neue Port-Nummern zu

62 Domain Name System (DNS)

63 Motivation: -Infrastruktur des Internet Internet client SMTP server DNS server Absender client SMTP server DNS server Empfänger POP server POP SMTP SMTP: Simple Mail Transfer Protocol POP: Post Office Protocol Adress- abfrage Mail-exchange- abfrage

64 root.edu.com.gov ucbdec nsf.ch ethz... Benennbare Objekte, Syntax und Abbildung auf Adressen DNS-Namen können auf verschiedenartige Objekte abgebildet werden, z.B Rechneradressen, -Adressen usw. Ein Eintrag "dn1.ethz.ch" kann also einen einzelnen Rechner bezeichnen, und ”inf.ethz.ch" ein -Domain. Dem Namen sieht man diesen Unterschied nicht an. Verschiedene DNS-Namen können auf das gleiche Objekt abgebildet werden (alias). tik.ee.ethz.ch top level domain second level domain subdomains

65 Administration des Namensraums und Betrieb des DNS Zone: Unterbaum des Namensraums, der als Einheit verwaltet wird, z.B. ein second-level domain wie ethz.ch. Zonen können in untergeordnete Zonen aufgeteilt werden. Ein primary name server ist für eine oder mehrere Zonen zuständig (authoritative name server). Primary name servers werden aus einer Datenbank (Textfile) geladen. Einer oder mehrere redundante secondary name servers erhöhen die Verfügbarkeit. Secondary name servers werden vom primary geladen (zone transfer). Secondary name servers sind für Betreiber von Zonen obligatorisch root server binden die oberste Ebene des DNS zusammen. Jeder name server muss die IP-Adressen der root server kennen.

66 Liste der root servers /netinfo/root-servers.txt Sep 97 The following hosts are functioning as root domain name servers for the Internet: HOSTNAME NET ADDRESSES SERVER PROGRAM A.ROOT-SERVERS.NET BIND (UNIX) B.ROOT-SERVERS.NET BIND (UNIX) C.ROOT-SERVERS.NET BIND (UNIX) D.ROOT-SERVERS.NET BIND (UNIX) E.ROOT-SERVERS.NET BIND (UNIX) F.ROOT-SERVERS.NET BIND (UNIX) G.ROOT-SERVERS.NET BIND (UNIX) H.ROOT-SERVERS.NET BIND (UNIX) I.ROOT-SERVERS.NET BIND (UNIX) J.ROOT-SERVERS.NET BIND (UNIX) K.ROOT-SERVERS.NET BIND (UNIX) L.ROOT-SERVERS.NET BIND (UNIX) M.ROOT-SERVERS.NET BIND (UNIX)

67 Namensauflösung Die Namensauflösung wird logisch immer an der Wurzel des Baums gestartet, und arbeitet dann "abwärts”. Die Namensauflösung wird durch einen DNS Client (DNS resolver), der in die Applikation eingebunden ist, initiiert. Abfragen –gezielt an einzelne name server –rekursiv an das ganze DNS Erhält ein Namens-Server eine Anfrage, prüft er, ob der Name in seinem eigenen Unterbaum liegt. Wenn ja, kann er die Anfrage beantworten, sonst kann er die Abfrage an den nächsthöheren Server oder einen root server weiterleiten. Ein Abfrage-Klient (resolver) muss also nur die Adresse eines (bzw. "seines") Namens-Servers kennen (/etc/resolv.conf).

68 Namensraum für inverse Abfragen root arpaeducomchnet in-addr in-addr.arpa top level second level

69 Objekttypen in DNS TypBezeichnungInhalt AHostadresse32-Bit IP-Adresse CNAMEKanonischer NameDomainname für ein Alias HINFOCPU und BetriebssystemInformationen über den Host MINFO InformationInformationen über Mailbox MX Exchanger16-Bit Präferenz und Name des Host, der für diese Domain als Mail-Server fungiert NNamens-ServerName des verbindlichen Servers für diese Domain PTR"Pointer"Domainname SOANamensautoritätMehrere Felder, die angeben, für welche Teile der Namenshierarchie der Server zuständig ist TXTBeliebiger TextNicht interpretierte ASCII-Zusatzinformation

70 Simple Mail Transfer Protocol (SMTP)

71 SMTP - Simple Mail Transfer Protocol

72 RFC 822 Mail Header Return-Path: Received: from mx9.bluewin.ch ( ) by mssbzhh-int.msg.bluewin.ch (Bluewin AG ) id 3F710B1C021302F6 for Wed, 22 Oct :05: Received: from tik6.ethz.ch ( ) by mx9.bluewin.ch (Bluewin AG ) id 3F94F1B00008ACED for Wed, 22 Oct :05: Received: from localhost (localhost [ ]) by tik6.ethz.ch (Postfix) with ESMTP id E475B6AE2E for ; Wed, 22 Oct :05: (MEST) Received: from komtpcbp (vpn-global-dhcp3-036.ethz.ch [ ]) by tik6.ethz.ch (Postfix) with ESMTP id 6F99C6AE14 for ; Wed, 22 Oct :05: (MEST) From: "Bernhard Plattner" To: Subject: test Date: Wed, 22 Oct :05: Message-ID: MIME-Version: 1.0 Content-Type: text/plain; charset="us-ascii" Content-Transfer-Encoding: 7bit X-Priority: 3 (Normal) X-MSMail-Priority: Normal X-Mailer: Microsoft Outlook, Build X-MimeOLE: Produced By Microsoft MimeOLE V Importance: Normal X-Virus-Scanned: by AMaViS new

73 Firewalls

74 Firewalls: Zwei Varianten InternetFirewall 1 Firewall 2 Protecte d internal network DNSDNS (DMZ – „de-militarized zone“) public servers DNSDNS Variant 1 Internet Protected internal network DNSDNS (DMZ – „de-militarized zone“) public servers DNSDNS Ruleset 1 Ruleset 2 Firewall Variant 2

75 How packets traverse the kernel Destinatio n NAT Pre- Routing Destinatio n NAT Post- Routing Local Process Drop Input Chain Forward Chain Output Chain Routing Drop


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