Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II1 Systeme II – 7te Vorlesung Lehrstuhl für Kommunikationssysteme Institut für Informatik / Technische Fakultät.

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1 Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II1 Systeme II – 7te Vorlesung Lehrstuhl für Kommunikationssysteme Institut für Informatik / Technische Fakultät Universität Freiburg 2009

2 Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II2 Letzte Vorlesung Abschluss Dynamisches IP-Routing Zentraler Algorithmus, Distance Vector -Arbeitet lokal in jedem Router -Verbreitet lokale Information im Netzwerk -Einer/jeder kennt alle Information, muss diese erfahren Optimale Bestimmung der Weglängen zwischen einzelnen Knoten im Netz Hierzu: Shortest Path Umgesetzt mit Dijkstras Algorithmus Generieren eines Graphen des (Teil-)Netzes, wobei jeder Knoten einen Router und jeder Verbindungsstrich einen Link repräsentiert

3 Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II3 Letzte Vorlesung Dijkstra: Jeder Knoten wird durch ein Tupel aus Entfernung von der Quelle und dem vorherigen Knoten bezeichnet, initial ist dieses Label leer - Während der Algorithmus voranschreitet, können sich Label ändern, um bessere Wege zu reflektieren Ermittlung des vollen Pfads vom Ziel durch rückwärts vorarbeiten anhand der Label Ermittelter Pfad 1 – 2 – 5 – 6 – 8 – 4 unterscheidet sich von Hop- Count-Metrik (1-2-3-4 oder 1-7-8-4)

4 Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II4 Informatik III Winter 2007/08 Rechnernetze und Telematik Albert-Ludwig-Universität Freiburg Christian Schindelhauer IP als zentrales Protokoll Damit vorerst Abschluss von IP Zentrales Protokoll, welches abstraktes Verbindungsnetz über verschiedene physikalische Netze und abstrakte Funktion für verschiedene Transportprotokolle und insbesondere Anwendungen bereitstellt

5 Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II5 Informatik III Winter 2007/08 Rechnernetze und Telematik Albert-Ludwig-Universität Freiburg Christian Schindelhauer Schichten Modell: Applikationsschicht Zurück zum Schichten- modell, Start von der obersten, der Anwendungsschicht Das was meisten Nutzer, Programmierer interessiert Beispiele DNS WWW Email

6 Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II6 Informatik III Winter 2007/08 Rechnernetze und Telematik Albert-Ludwig-Universität Freiburg Christian Schindelhauer ISO/OSI Schicht 7, TCP/IP Schicht 4/5 7. Anwendungsschicht Schicht mit der Nutzer kommuniziert oder Maschine, Beispiel DHCP (frühere Vorlesung, Übung) Anwendungen verfügen über eine Programmierschnittstelle, um sie plattformspezifischen der Anwendungsprogrammierung zugänglich zu machen Große Vielfalt aller möglichen Funktionen, die sich über Netzwerke abwickeln lassen

7 Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II7 ISO/OSI – Anwendung (A)

8 Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II8 DNS – Domain Name System Motivation: Menschen kommen mit den 4 byte IPv4-Adressen nicht zu Recht / Keiner kann sich diese Zahlen merken: 72.14.221.104 für Google 132.230.2.100 für Uni Freiburg Was bedeuten? -80.67.17.75 -132.230.150.170 Besser: Natürliche Wörter für IP-Adressen Z.B. www.wikipedia.de oder www.uni-freiburg.de Das Domain Name System (DNS) übersetzt solche Adressen in IP-Adressen (und umgekehrt)

9 Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II9 DNS – Domain Name System Anwendungsidee: Telefonbuch des Internets Namen deutlich besser merkbar als Zahlen Deshalb insbesondere zu Beginn Streit um Domainnamen / Markennamen Technisch gesehen ist DNS: Weltweit verteilte, lose gekoppelte, über das Internet verknüpfte und verbundene, skalierbare Datenbankanwendung Übersetzung von Objekten in andere Objekte, wobei keine Einschränkung auf IP-Adressen und Rechnernamen Lookup-Mechanismus, der typischerweise im Betriebssystem implementiert wird

10 Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II10 DNS – Geschichte Die Anfänge...1970s ARPANET Host.txt in Stand gehalten vom SRI-NIC Abruf von einem einzelnen Rechner Probleme Verkehr und Last Namenskollisionen Widerspruchsfreiheit DNS wurde 1983 von Paul Mockapetris erfunden (RFCs 1034 und 1035) Modifiziert, aktualisiert und verbessert durch eine Unzahl von nachfolgenden RFCs (z.B. 3490-2)

11 Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II11 DNS – Telefonbuch des Internets Ein lookup-Mechanismus um Objekte in andere Objekte zu übersetzen Eine weltweit verteilte, locker verbundene, skalierbare und zuverlässige dynamische Datenbank. Bestehend aus drei Komponenten: Einem Namensraum Server, die diesen Namensraum zur Verfügung stellen Namensauflöser (Clients), die Anfragen bezüglich des Namensraum an die Server stellen

12 Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II12 Eigenschaften von DNS Daten werden lokal gepflegt, sind aber weltweit abrufbar Kein einzelner Computer hat sämtliche DNS Datensätze Jedes Gerät und jeder Dienst kann DNS Anfragen stellen Empfangene DNS-Daten können lokal gecacht werden, um die Leistung zu verbessern DNS ist ein IP-basierter Dienst Die IP-Welt kann ohne DNS leben (die Menschen vielleicht nicht), aber der DNS ist von IP abhängig (wenn auch DNS für andere Netze denkbar, bspw. WINS für historische NetBIOS)

13 Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II13 DNS – Als IP Dienst DNS ist ein Protokoll in der Anwendungsschicht wie z.B auch HTTP, SSH, DHCP, … Meist wird UDP in der Transportschicht eingesetzt, die maximale DNS UDP Packetgröße beträgt 512Byte (beschränkt die Größe von DNS Antworten) Zu lange Antworten werden gekürzt (Information an den Client über das truncate-flag) Für Client-Server-Kommunikation wird der bekannte Port 53 benutzt. (eine Auflistung der ports ist auf unixoiden Systemen unter /etc/services zu finden)

14 Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II14 Lockerer Zusammenhang der Datenbank Die Datenbank ist immer intern konsistent. Jede Version einer Teilmenge der Datenbank (eine Zone) hat eine laufende Nummer Die Nummer wird nach jeder Änderung der Datenbank erhöht Änderungen an der obersten Instanz der Datenbank werden regelmäßig übernommen (über die Häufigkeit entscheidet der Zonen-Administator) Der Zonen-Administrator legt auch fest, wie lange gecachte Daten gültig bleiben

15 Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II15 Skalierbarkeit Die Größe der Datenbank ist nicht beschränkt Ein Server kann über 20.000.000 Namen verwalten Keine besonders gute Idee... Keine Beschränkung der Anzahl der Anfragen 50.000 Anfragen pro Sekunde können ohne Probleme verarbeitet werden Lösung des Problems: Anfragen werden unter Masters, Slaves und Caches verteilt Wegen Transportprotokoll UDP Lastverteilung auch auf IP-Ebene möglich

16 Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II16 Zuverlässigkeit Daten werden vervielfältigt Daten vom Master Server können auf mehrere Slaves kopiert werden Clients können Anfragen an den Master Server, eine beliebige Kopie auf den Slave Servern oder die Caches stellen Clients fragen üblicherweise zunächst den lokalen Cache Betrachte die Belegung für den DNS Server im DSL/Cable Router Der lokale Server für den Universitäts-Campus ist 132.230.200 200, 132.230.200.201 ist ein Cache und Server für uni-freiburg.de Die 132.230.200 200 ist auf mehrere separate Maschinen verteilt (IP Layer switching)

17 Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II17 Dynamik Datebank kann dynamisch aktualisiert werden Änderung/Löschung/Modifizerung fast jedes Eintrags Beispiel: www.dyndns.org und viele ähnliche Dienste nutzen diese Eigenschaftwww.dyndns.org Einsatz von sehr kleinen Werten beim TTL Üblicherweise nur eine Richtung der Namensauflösung: vom Namen zur IP Integriert in viele IAD (Internet Access Devices – Telco lingo) Änderung an der Master Datenbank löst die Vervielfältigung aus nur der Master kann dynamisch aktualisiert werden und bildet damit einen single point of failure

18 Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II18 Funktionsweise Der Namensraum muss hierarchisch aufgebaut werden, um skalieren zu können Die Idee besteht darin, die Position eines Objekts immer feiner zu bestimmen z.B. ein Rechner in einem Institut einer Fakultät einer Universität in einem Land

19 Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II19 Namen innerhalb DNS Fully Qualified Domain Name (FQDN) eines Hosts (hier virtueller Webserver des Lehrstuhls) WWW.KS.UNI-FREIBURG.DE. Bezeichner durch Punkte getrennt Ähnlich wie die gepunktete Schreibweise der IP-Adressen, (gut lesbare Darstellung für Menschen) Die gegebenen Beispiele sind nicht per Definition Hosts: www.rz.uni-freiburg.de (hostname – Webserver innerhalb der subdomain des Rechenzentrums)www.rz.uni-freiburg.de rz.uni-freiburg.de (hostname – Mailserver für das Rechenzentrum, aber gleichzeitig Name der Subdomain)

20 Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II20 Namen innerhalb DNS DNS stellt eine Abbildung von FQDNs zu verschiedenen Informationen zur Verfügung Namen werden als Schlüssel eingesetzt, wenn Daten im DNS gesucht werden Domainnamen können durch einen Baum dargestellt werden Neue Zweige an den Punkten. Keine (wirkliche) Einschränkung an die Anzahl der Zweige 63 Zeichen max. per Namensbestandteil (zwischen zwei Punkten) 255 Zeichen max. per Name

21 Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II21 Namenssystem und Konventionen Beispiele (weit unter den genannten Grenzen – nur machen Namen Sinn, die viel länger als eine IP sind!?) www.ks.uni-freiburg.de ftp.uni-freiburg.de www.google.de electures.informatik.uni-freiburg.de Domains sind namespaces Alles unterhalb von.de ist in der de-domain Alles unterhalb von uni-freiburg.de ist in der uni-freiburg.de- domain und in der de-domain

22 Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II22 Funktionsweise - Namensraum Jeder Knoten im Baum muss einen Bezeichner haben Der Wurzelknoten hat einen NULL-Bezeichner, geschrieben als. Ansonsten: ein String mit 63 Byte (à 8 Bit) Das DNS Protokoll macht keine Einschränkung an die Binärwerte, die in den Bezeichnern genutzt werden RFCs 852 und 1123 definieren zulässige Zeichen für Hostnamen A-Z, 0-9, und - ( wobei auf Groß/Kleinschreibung nicht geachtet wird) Internationalisierungen (IDNA: Umlaute, chinesische Schriftzeichen,... ) wurden 2003 im RFC 3490 festgelegt Internationale Namen werden zunächst über den nameprep Algorithmus kompatibel gemacht (RFC 3491) und dann per punycode (RFC 3492) in die für DNS erlaubte Zeichenmenge übersetzt.

23 Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II23 Funktionsweise – Domain-Namen Geschwisterknoten müssen eindeutige Bezeichner haben Der NULL-Bezeichner ist für den Wurzelknoten reserviert Der Domain-Name ist somit eine Folge von Bezeichnern von einem Knoten zur Wurzel, getrennt durch Punkte (.), gelesen von links nach rechts Der Namensraum hat eine maximale Tiefe von 127 Niveaus Der Domain-Name eines Knotens beschreibt seine Position im Namensraum Übliche top level Domain Namen sind (gewöhnlich drei Zeichen).mil.,.gov.,.edu.,.net.,.com.,.org. jeweils mit besonderer Bedeutung: (military, governemental, education, network infrastructure, (nonprofit) organizations, corporations)

24 Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II24 Funktionsweise – Domain-Namen Länder-Domains (Zwei Buchstacen nach ISO Standard 3166).de,.uk,.cz,.us,.ru,.cn,... Das explosive Wachstum des Internets führte zum Wachstum des domain name space..com und.de sind die größtem toplevel Domains mit jeweils deutlich mehr als zwei Millionen Einträgen

25 Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II25 Funktionsweise – Kämpfe um Domain-Namen Bei ihrer Einfühung hatten die Endung aus drei Zeichen eine besondere Bedeutung, die heute meist verloren ist Viele Firmen haben mehrere toplevel Domains (ibm.com,net,org, us, de), so das die eigentlich Idee der Aufteilung des Namensraums verschwunden ist Wobei auch hier die Tendenz zur Vereinfachung zu sehen ist (nicht mehr alle Toplevels belegt - sparen!?) Die meisten der Mehrfach-Eintragungen sind nur Verweise Die heute übliche Lösung: eine toplevel Domain und nationale Versionen über Subdomains wie http://de.wikipedia.org/ In den ersten Jahren gab es viele Prozesse wegen DNS Eintragungen (Namenskonflikte, Privatpersonen gegen Firmen,...)

26 Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II26 Zuweisung von Domain-Namen Der resultierende Streit bewegte das US-Wirtschaftsministerium dazu, eine weit aktivere Rolle einzunehmen Dabei wurde eine offizielle Richtline (das White Paper) über die Verwaltung von Internet Ressourcen geschaffen Diese Richtlinie war Ausgangspunkt für die Gründund der ICANN Zu Beginn: non-profit-Organisation mit teilweise gewählten Mitgliedern Die Wahl wurde später abgeschafft Hauptaufgabe: Entscheidung über neue top level Domains, z.B..name.,.info.,.biz.,....eu.,.asia.,

27 Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II27 Funktionsweise - Delegation Administratoren können Subdomains erstellen, um hosts zu gruppieren. Gruppierung z.B. nach Position, Mitgliedschaft in einer Organisation, … Ein Administator einer Domain kann die Verantwortung für die Verwaltung einer Subdomain an jemanden übertragen – Vorgang vielfach als Delegation bezeichnet Die Eltern-Domain behält Links zur übertagenen Subdomain Die Eltern-Domain merkt sich, an wen die Subdomain übertragen wurde (sogenannter Glue-Record in der Datenbank)

28 Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II28 Funktionsweise – Zonen und Übertragungen Zonen sind Verwaltungsräume Zonen-Administratoren sind für einen Teil des Namensraumens einer Domain verantwortlich Die Befugnis wird von der Domain an die Subdomain übertragen

29 Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II29 Delegationen und Forwarder DNS "Forward Allgemein, wo die A-records (kommt gleich) sind Domain-Namen, die von der Eltern-Zone erhalten wurden Registrator, wenn.com,.biz,.org., und ein paar andere Registratur, bei einem Länder Code (DENIC in Frankfurt für de.) Andere Organisationen in anderen Fällen Vertraglich - zwischen Organisationen Formell – ein anderer Teil einer großen Organisation Informell – zwischen dir und dir selbst

30 Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II30 Funktionsweise – DNS Hierarchie Der DNS stellt keine Bedingungen in die Implementation der DNS Hierarchie, ausser Eine einzelne Wurzel und damit Singe Point of Failure: Wenn die Nameserver an der Wurzel ausgetauscht werden, kann die Sicht auf die Daten komplett verändert werden (Großer Fall in der Mitte der 90er Jahre – der Typ kam 2004 aus dem Gefängniss :-) ) Die Einschränkung an die Bezeichner Wenn eine Seite nicht an das Internet angeschlossen ist, kann es jede Domain Hierarchie einsetzen, die es will Damit ist auch jede beliebige TLD möglich Die Verbindung zum Internet zwingt dann aber zur Verwendung der wirklichen DNS Hierarchie

31 Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II31 DNS Resource Record Ressourcen-Einträge: Informationen über Domains, einzelne Hosts, Zusatzinformationen zu Maschinen, spezielle Einträge beispielsweise für Mailfunktion... Inhalt Domain_name: Domain(s) des Eintrags Time_to_live: Gültigkeit (in Sekunden) Class: Im Internet immer IN Type: Siehe Tabelle nächste Folie Value: z.B. IP-Adresse

32 Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II32 DNS Resource Record Typ, Bedeutung, mögliche Werte Nicht alle wirklich in Benutzung Weitere für DNSec, ENUM,...

33 Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II33 DNS Anfragebearbeitung Anfragen von einem End-System werden zu den vorkonfigurierten Name-Server geschickt Soweit möglich, antwortet dieser Name-Server Falls nicht, wird die Anfrage zu dem bestgeeigneten Name-Server weitergereicht Die Antworten werden durch die Zwischen-Server zurückgeschickt Server darf Antworten speichern (cachen) Aber nur für eine bestimmte Zeit

34 Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II34 Ende der siebten Vorlesung Nächste Vorlesung am Montag an diesem Ort, gleiche Zeit: Weiter im Themenbereich – Ausgewählte Protokolle der Applikationsschicht (WWW/HTTP, Email) Bitte theoretischen Übungszettel #3 ergreifen, steht auch wieder online zur Verfügung Lösungen zu Zettel #2 werden ebenfalls online bereitgestellt Alle relevanten Informationen auf der Webseite zur Vorlesung: http://www.ks.uni-freiburg.de/php_veranstaltungsdetail.php?id=28 http://www.ks.uni-freiburg.de/php_veranstaltungsdetail.php?id=28 Vorbereitung: Lesen zu WWW/HTTP und Email in der angegebenen Literatur!