Rechnernetze WS 2020/2021 - Dr.-Ing. Elke Franz - TU Dresden
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Fakultät Informatik Institut Systemarchitektur Professur Datenschutz und Datensicherheit
WS 2020/2021
5. Rechnernetze
Dr.-Ing. Elke Franz
Elke.Franz@tu-dresden.de5 Rechnernetze – Definition und Nutzen
Rechnernetz
Verteiltes System von mehreren unabhängigen, möglicherweise
verschiedenen Computern, die miteinander kommunizieren können.
Gründe für die Kopplung von Rechnern sind z.B.
• Ressourcenverbund
Gemeinsame Nutzung von Hard- und Softwarekomponenten sowie Daten
• Lastverbund
Verteilung der benötigten Rechenleistung, Behandlung von Ausfällen
• Kommunikationsverbund
Nachrichtenaustausch zwischen räumlich entfernten Benutzern
Informatik I (für Verkehrsingenieure) WS 2020/2021 25 Rechnernetze – Arten von Netzen Lokale und globale Netze Lokales Netz (Local Area Network, LAN) • Begrenzte Anzahl von Rechnern und begrenzte Netzausdehnung • Meist Broadcast (Beispiel: Ethernet) Stadtnetz (Metropolitan Area Network, MAN) • Spezielles Weitverkehrnetz, typischerweise auf (Teil-)Gebiet einer Stadt oder Gelände einer großen Firma beschränkt Weitverkehrsnetz (Wide Area Network, WAN) • Große geographische Ausdehnung, Verbindung von Maschinen (Hosts), auf denen Anwenderprogramme laufen • Übertragungsleitungen und Vermittlungselemente Informatik I (für Verkehrsingenieure) WS 2020/2021 3
5 Rechnernetze – Beispielnetz: Internet
Entwicklung des Internets
Seit ca. …
1969 ARPANET (Advanced Research Projetcs Agency-Net), militärisches
Netzwerk, gefördert durch US-Verteidigungs-ministerium
(Department of Defense, DoD);
experimentelles Netz mit Knoten an vier Universitäten
1972 Nutzung zur Verbindung von Universitäten und
Forschungseinrichtungen
1973 Beginn der Entwicklung der Protokollfamilie TCP/IP
1989 WWW (World Wide Web)
1992 Gründung der Internet Society
In den folgenden Jahren zunehmende private und kommerzielle
Nutzung, zunehmende Verbreitung von Multimedia,
Leistungserhöhung …
1993 erster grafikfähiger Webbrowser: Mosaic
Informatik I (für Verkehrsingenieure) WS 2020/2021 45 Rechnernetze – Beispielnetz: Internet
RFC (Request for Comments)
• Reihe von technischen oder organisatorischen Dokumenten
• 1. RFC: April 1969
• Wichtigste Funktion: schrittweise Festlegung von
Protokollen
• Praktisch alle Entwicklungen im Zusammenhang mit dem
Internet sind als RFC dokumentiert
• Verfügbar unter: www.rfc-editor.org
• Standardisierungsstatus (Beispiele):
• „Proposed Standard“): offene Diskussion
• „Draft Standard“: Analyse/Test abgeschlossen, Modifikation
noch möglich
• „Internet Standard“: Standard zur Nutzung freigegeben
Informatik I (für Verkehrsingenieure) WS 2020/2021 55 Rechnernetze – Beispielnetz: Internet
Vergabe von Namen und Adressen
• Dezember 1988: Gründung der IANA (Internet Assigned
Numbers Authority)
• Heute Unterabteilung der ICANN (The Internet Corporation for
Assigned Names and Numbers)
• Hierarchie von Registraren:
international IANA/ICANN
regional
ARIN RIPE ...
lokal Regionale Registrare
... DENIC AFNIC ...
DENIC: Deutschland
Informatik I (für Verkehrsingenieure) WS 2020/2021 65 Rechnernetze – Dienste und Protokolle
Strukturierung der Netzsoftware in Rechnernetzprotokolle
übereinandergestapelte Schichten Regeln für den Nachrichtenaustausch zwischen
oder Ebenen, um die Komplexität zu denselben Schichten auf verschiedenen Maschinen
verringern. • Nachrichtensyntax
• zulässige Nachrichtenreihenfolge
• Zeitschranken
• Fehlerreaktionen
Nachrichtenaustauschprotokoll
Rechner Rechner
1 2
Dienst- Kommunikationsnetz Dienst-
Schnittstelle Schnittstelle
Rechnernetzdienste
Dienst: Gruppe von Operationen
• Von einer Schicht der darüberliegenden Schicht angeboten
• Dienstschnittstelle definiert, welche Dienste angeboten werden
• Diensterbringung ist transparent
Informatik I (für Verkehrsingenieure) WS 2020/2021 75 Rechnernetze – Dienste und Protokolle Dienstarten Verbindungsorientierte Dienste • Verbindung wird aufgebaut, benutzt und wieder abgebaut • Reihenfolge bleibt erhalten („Rohr“) • Analogie: Telefon Verbindungslose Dienste • Jede Nachricht (Dateneinheit, Datengramm) trägt eine volle Adresse und wird unabhängig von allen anderen Nachrichten durch das System geschleust • Ankunft in geänderter Reihenfolge möglich • Analogie: Versenden von Briefen Klassifizierung nach Dienstqualität: Zuverlässigkeit • Zuverlässige Dienste: kein Datenverlust während Übertragung • Bestätigung durch Empfänger (acknowledgment) • Nachteil: zusätzliche Lasten und Verzögerungen Informatik I (für Verkehrsingenieure) WS 2020/2021 8
5 Rechnernetze – Dienste und Protokolle Dienstarten Verbindungsorientierte Dienste • Verbindung wird aufgebaut, benutzt und wieder abgebaut • Reihenfolge bleibt erhalten („Rohr“) • Analogie: Telefon Verbindungslose Dienste • Jede Nachricht (Dateneinheit, Datengramm) trägt eine volle Adresse und wird unabhängig von allen anderen Nachrichten durch das System geschleust • Ankunft in geänderter Reihenfolge möglich • Analogie: Versenden von Briefen Klassifizierung nach Dienstqualität: Zuverlässigkeit • Zuverlässige Dienste: kein Datenverlust während Übertragung • Bestätigung durch Empfänger (acknowledgment) • Nachteil: zusätzliche Lasten und Verzögerungen Datagrammdienst: unzuverlässig, verbindungslos bestätigter Datagrammdienst: zuverlässig, verbindungslos Informatik I (für Verkehrsingenieure) WS 2020/2021 9
5 Rechnernetze – OSI-Modell OSI-Modell (Open Systems Interconnection) • Normiertes Referenzmodell für Kommunikationsprotokolle in offenen Systemen • Entwicklung begann 1977, seit 1983 von der International Telecommunication Union und seit 1984 auch von der International Organization for Standardization als Standard (ISO 7498) veröffentlicht • Modell mit sieben Schichten (engl. layer): jede Schicht stellt gewisse Funktionalität für nächsthöhere Schicht bereit und nutzt Dienste der darunterliegenden Schicht • Betrachtung von Signalübertragung über den physischen Kanal bis hin zu komplexen Diensten der Anwendung • Aufgaben dieser Schichten werden beschrieben, die auf den Schichten zu benutzenden Dienste und Protokolle sind separat definiert Informatik I (für Verkehrsingenieure) WS 2020/2021 10
5 Rechnernetze – OSI-Modell
Schicht 7: Anwendung
Application Layer (A)
Anwendersystem bzw.
Schicht 6: Darstellung Transport-Service-Nutzer;
Presentation Layer (P)
datenverarbeitungsorientierte
Schicht 5: Sitzung Aufgaben
Session Layer (S)
Schicht 4: Transport
Transport Layer (T)
Schicht 3: Vermittlung
Network Layer (N) Transportsystem bzw.
Transport-Service-Provider;
Schicht 2: Sicherung kommunikationsorientierte
Data Link Layer (DL)
Aufgaben
Schicht 1: Bitübertragung
Physical Layer (PHY)
Informatik I (für Verkehrsingenieure) WS 2020/2021 115 Rechnernetze – OSI-Modell 7. Anwendungsschicht: Kommunikation zwischen Anwendungen, Dienste wie z.B. DNS, FTP, E-Mail, WWW 6. Darstellungsschicht: Formatkonvertierung bei Kommunikation zwischen heterogenen Rechnern, Datenkompression, Verschlüsselung 5. Sitzungsschicht (Kommunikationssteuerung): Dialogsteuerung, Synchronisation (Sicherungspunkte, Transaktionen) 4. Transportschicht: Sichere Ende-zu-Ende Kommunikation zwischen Prozessen, Flusssteuerung zwischen Endsystemen 3. Vermittlungsschicht: Wegewahl Sender Empfänger (Routing), Kopplung heterogener Teilnetze 2. Sicherungsschicht: Sichere Übertragung von Daten zwischen benachbarten Rechnern (Übertragungsfehler, Flusssteuerung) 1. Bitübertragungsschicht: Übertragung von Bitströmen über den physischen Kommunikationskanal Informatik I (für Verkehrsingenieure) WS 2020/2021 12
5 Rechnernetze – OSI-Modell
Endsystem (Host) Vermittlungssystem (Router) Endsystem (Host)
A-Protokoll
Schicht 7: (A) Schicht 7: (A)
P-Protokoll
Schicht 6: (P) Schicht 6: (P)
S-Protokoll
Schicht 5: (S) Schicht 5: (S)
T-Protokoll
Schicht 4: (T) Schicht 4: (T)
N-Prot. N-Prot.
Schicht 3: (N) Schicht 3: (N) Schicht 3: (N)
DL-Prot. DL-Prot.
Schicht 2: (DL) Schicht 2: (DL) Schicht 2: (DL)
PHY-Prot. PHY-Prot.
Schicht 1: (PHY) Schicht 1: (PHY) Schicht 1: (PHY)
Informatik I (für Verkehrsingenieure) WS 2020/2021 135 Rechnernetze – OSI-Modell
H … Header (Kopffeld)
Schicht 7: (A) AH Daten
T … Trailer (Schlussfeld)
• durch die Schichten
Schicht 6: (P) PH Daten
den Daten
hinzugefügt / wieder
Schicht 5: (S) SH Daten entfernt
• enthalten relevante
Informationen für die
Schicht 4: (T) TH Daten Bearbeitung der
Datenpakete, wie
z.B. Adressen
Schicht 3: (N) NH Daten
Schicht 2: (DL) DH Daten DT
Schicht 1: (PHY) Bits
Informatik I (für Verkehrsingenieure) WS 2020/2021 145 Rechnernetze – OSI-Modell
Vergleich zum TCP/IP-Referenzmodell
• TCP/IP-Modell (DoD-Modell) zugeschnitten auf Internetprotokolle
• Ebenfalls Schichtenmodell, aber nur 4 Schichten
OSI-Modell TCP/IP-Modell
Schicht 7: Anwendung
Schicht 6: Darstellung Anwendungsschicht
Schicht 5: Sitzung
Schicht 4: Transport Transportschicht
Schicht 3: Vermittlung Vermittlungsschicht
Schicht 2: Sicherung Sicherungs- und
Schicht 1: Bitübertragung Bitübertragungsschicht
Hybrides Modell (Umsetzung der Schichten 5-7 meist gemeinsam)
Informatik I (für Verkehrsingenieure) WS 2020/2021 155 Rechnernetze – Bitübertragungsschicht
Schicht 1: Bitübertragungsschicht
Aufgaben
• Physische Übertragung eines Bitstroms über den
Kommunikationskanal
• Transformation in elektrisches/optisches/elektromagnetisches
Signal
• Modulation/Demodulation; Aktivieren/Deaktivieren von
Verbindungen
Standards
enthalten mechanische, elektrische, optische Festlegungen
• Vorschriften zu Kabelarten
• Steckerformen
• Impulsspannungen
• Taktraten
• Synchronisationsmechanismen
Informatik I (für Verkehrsingenieure) WS 2020/2021 165 Rechnernetze – Sicherungsschicht Schicht 2: Sicherungsschicht Aufgaben • Gewährleistung einer sicheren Übertragung der Daten über die Bitübertragungsschicht zwischen Knoten, die direkt durch ein Übertragungsmedium verbunden sind • Aufteilen des Bitstroms in Dateneinheiten (Rahmen bzw. Frames) • Behandlung von Fehlern (Erkennung bzw. Korrektur) bei der Datenübertragung: Prüfsumme ( Kanalkodierung) • Flusssteuerung zur Überlastvermeidung • Verwalten von Verbindungen Dienste für die Vermittlungsschicht • Unbestätigte verbindungslose Dienste • Bestätigte verbindungslose Dienste • Verbindungsorientierte Dienste Informatik I (für Verkehrsingenieure) WS 2020/2021 17
5 Rechnernetze – Sicherungsschicht
Bitstopfen (bit stuffing) zur Kennzeichnung der Rahmen
• Einfügen einer speziellen Bitfolge am Anfang sowie Ende eines
Rahmens:
01111110
• Folge darf nicht in den Daten auftreten – Sender fügt automatisch
eine „0“ nach fünf Einsen ein
• Sicherungsschicht des Empfängers entfernt die eingefügten Nullen
wieder (Bitstopfen ist für Vermittlungsschicht transparent)
Beispiel (Darstellung ohne die Bitfolge am Anfang und Ende)
Originaldaten: 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0
Übertragung: 0 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0
Beim Empfänger
gespeichert: 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0
Informatik I (für Verkehrsingenieure) WS 2020/2021 185 Rechnernetze – Sicherungsschicht
Sichere Übertragung der Rahmen
• Empfänger schickt positive oder negative Bestätigungen
(acknowledgments, ACKs) an den Sender
• Ggf. erneute Übertragung eines Rahmens
• Sender startet Timer, um auch bei Verlust der Bestätigungen
reagieren zu können
Bestätigter verbindungsloser Dienst: Duplikate möglich,
Reihenfolge der Rahmen nicht garantiert
Verbindungsorientierte Dienste: Rahmen erhalten Nummern, damit
Garantie der Reihenfolge und Duplikatserkennung beim Empfänger
Flusssteuerung (Flow Control)
• Sender darf Rahmen nicht schneller übertragen, als der Empfänger
sie verarbeiten kann (sonst Datenverlust)
• Rückmeldung vom Empfänger notwendig
• Protokoll regelt, wann der Sender übertragen darf
Informatik I (für Verkehrsingenieure) WS 2020/2021 195 Rechnernetze – Vermittlungsschicht Schicht 3: Vermittlungsschicht Aufgaben • Weiterleiten von Datenpaketen vom Quellrechner über Zwischenknoten zum Zielrechner • Wegewahl (Routing) • Bereitstellen einheitlicher Netzadressen • Transportschicht von Anzahl, Art und Topologie der Teilnetze abschirmen • Weitervermittelte Pakete gelangen nicht in höhere Schichten, sondern werden mit neuem Zwischenziel versehen und an den nächsten Knoten geschickt • Vermittlungsschicht ist die unterste Schicht, die mit Ende-zu-Ende- Übertragung zu tun hat Informatik I (für Verkehrsingenieure) WS 2020/2021 20
5 Rechnernetze – Vermittlungsschicht
Routing
• Bestimmung der Routen vom Quell- zum Zielrechner
• Verbindungslos: für jedes Datengramm neu zu bestimmen,
verbindungsorientiert: nur beim Verbindungsaufbau
• Algorithmen: statisch vs. adaptiv (Routingentscheidung
berücksichtigt Messungen oder Schätzungen des momentanen
Verkehrs und der aktuellen Topologie)
• Beispiel aus dem Internet für Routing in autonomen Netzen:
OSPF (Open Shortest Path First)
• Alle Router tauschen regelmäßig Routinginformationen aus
• Grundlage: Shortest Path First (Algorithmus von Dijkstra)
• „Länge des Pfades“: Anzahl der Zwischenrechner, Entfernung,
Kosten, …
Informatik I (für Verkehrsingenieure) WS 2020/2021 215 Rechnernetze – Vermittlungsschicht
Internet Protocol (IP)
• Grundlage des Internets
• Verbindungsloses Protokoll – Versenden von Datengrammen
• IP-Pakete: 1500 Byte, bestehend aus Header und Textteil (Nutzlast)
• Header enthält für die Übertragung wichtige Informationen wie z.B.
• Adresse des Quell- und Zielrechners (IP-Adressen)
• Länge des Headers
• Lebenszeit des Pakets (Time to Live)
• Protokoll
• Prüfsumme für Header
Paketbearbeitung
• Fehler Nachricht an Partner-Router
• korrekt Lebenszeit dekrementieren, Prüfsumme neu berechnen
• Paket weiterleiten (Routing)
Informatik I (für Verkehrsingenieure) WS 2020/2021 225 Rechnernetze – Vermittlungsschicht
Internetadresse (IP-Adresse)
• Eindeutige Adresse für jeden Rechner (Vergabe: IANA/ICANN)
• IPv4: 32 Bit (4 Byte) 232 (= 4 294 967 296) mögliche Adressen
• Notation: byteweise dezimal, durch Punkt getrennt, z.B. 141.76.46.1
• IP-Adresse besteht aus Netzadresse und Hostadresse
• Historisch: Netzklassen unflexibel, heute nicht mehr verwendet
Klasse
A 0 Netz (7 Bit) Host (24 Bit)
B 1 0 Netz (14 Bit) Host (16 Bit)
C 1 1 0 Netz (21 Bit) Host (8 Bit)
D 1 1 1 0 Multicast-Adresse (28 Bit)
E 1 1 1 1 0 reserviert
Informatik I (für Verkehrsingenieure) WS 2020/2021 235 Rechnernetze – Vermittlungsschicht
Aktuell: Classless Inter-Domain Routing (CIDR)
• Keine Unterteilung in Netzwerkklassen
• Optimierte Adressvergabe, flexible Anzahl von Netzwerkbits
• Variable Length Subnet Masking (VLSM): Unterteilung in Subnetze
Netzadresse Hostadresse
Anteil der Netzwerkbits muss explizit angegeben werden
• Subnetzmaske:
Bits, die mit „1“ belegt sind, gehören zu den Netzwerkbits
bitweise logische
Netzadresse : = IP-Adresse Subnetzmaske
UND-Verknüpfung
Hostadresse : = IP-Adresse Subnetzmaske Negation
• Kurzschreibweise mit Suffix:
/
Informatik I (für Verkehrsingenieure) WS 2020/2021 245 Rechnernetze – Vermittlungsschicht
Beispiel: IP-Adresse 141.76.46.10, Subnetzmaske 255.255.255.0
Dezimal: Binär:
IP-Adresse 141. 76. 46. 10 10001101.01001100.00101110.00001010
Subnetzmaske 255.255.255. 0 11111111.11111111.11111111.00000000
Netzadresse 141. 76. 46. 0 10001101.01001100.00101110.00000000
Hostadresse 0. 0. 0. 10 00000000.00000000.00000000.00001010
• Verkürzte Schreibweise mit Suffix: 141.76.46.10/24
Anzahl der Netzwerkbits = Bits, die in der Subnetzmaske „1“ sind
Informatik I (für Verkehrsingenieure) WS 2020/2021 255 Rechnernetze – Vermittlungsschicht
• Broadcast (Senden an alle Rechner in einem Teilnetz):
Alle Hostbits = „1“
• Am vorherigen Beispiel:
Dezimal: Binär:
IP-Adresse 141. 76. 46. 10 10001101.01001100.00101110.00001010
Subnetzmaske 255.255.255. 0 11111111.11111111.11111111.00000000
Broadcast 141. 76. 46.255 10001101.01001100.00101110.11111111
an alle Rechner im Teilnetz 141.76.46.0 senden
Informatik I (für Verkehrsingenieure) WS 2020/2021 265 Rechnernetze – Vermittlungsschicht
VLSM (Variable Length Subnet Masks)
141.76.0.0 / 16
141.76.21.0/24
141.76.40.0/27
141.76.40.0/24
141.76.40.32/27
Internet
141.76.11.0/24
Informatik I (für Verkehrsingenieure) WS 2020/2021 275 Rechnernetze – Vermittlungsschicht
Maske
Base-Net 10001101.01001100.00000000.00000000 141.76.0.0/16
Subnet 1 10001101.01001100.00101000.00000000 141.76.40.0/24
Subnet 1-1 10001101.01001100.00101000.00000000 141.76.40.0/27
Subnet 1-2 10001101.01001100.00101000.00100000 141.76.40.32/27
Host #1 10001101.01001100.00101000.00100001 141.76.40.33/27
Host #2 10001101.01001100.00101000.00100010 141.76.40.34/27
Host #3 10001101.01001100.00101000.00100011 141.76.40.35/27
… … …
Host #30 10001101.01001100.00101000.00111110 141.76.40.62/27
Broadcast 10001101.01001100.00101000.00111111 141.76.40.63/27
Subnet 1-3 10001101.01001100.00101000.01000000 141.76.40.64/27
Subnet 1-4 10001101.01001100.00101000.01100000 141.76.40.96/27
… … …
Informatik I (für Verkehrsingenieure) WS 2020/2021 285 Rechnernetze – Vermittlungsschicht
IPv6
• IPv4 bietet auf Dauer nicht genügend Adressen
• RFC 2460: Publikation IPv6 als Nachfolger von IPv4 (1998)
Eigenschaften (Auswahl)
• 128 Bit lange Adressen 2128 (ca. 3,4∙1038) mögliche Adressen
• Notation: acht Gruppen von je vier hexadezimalen Zahlen, z.B.
8000:0000:0000:0000:0123:4567:89AB:CDEF
• Optimierungen wie z.B. Weglassen führender Nullen, Ersetzen von Gruppen
mit 16 Nullen oder mehr durch zwei Doppelpunkte:
8000::123:4567:89AB:CDEF
• Vereinfachung des Headers; Prüfsumme ist weggefallen
• Optionen zur Verschlüsselung, Authentisierung, Prüfung der Datenintegrität
• Verschiedene Adresstypen, Unterstützung von Multicasting (Senden an
mehrere Empfänger)
• Möglichkeit der Notation von Quality of Service (QoS) Parametern
Informatik I (für Verkehrsingenieure) WS 2020/2021 295 Rechnernetze – Transportschicht
Schicht 4: Transportschicht
Aufgaben
• Kern der Protokollhierarchie
• Zuverlässige Ende-zu-Ende Datenübertragung, auch bei
unzuverlässiger Vermittlungsschicht
• Aushandlung von Dienstgüte-Eigenschaften (Quality of Service)
z.B. Durchsatz (übertragbare Bytes pro Sekunde),
Übertragungszeitverzögerung oder Restfehlerrate
• Flusskontrolle
• Überlastkontrolle ( Stauvermeidung (congestion avoidance))
• Bietet Schichten 5 bis 7 einheitlichen Zugriff
• Niedrigste datenübertragungsorientierte Schicht (Verarbeitung von
Nachrichten und keinen Paketen)
• Transportprotokolle: UDP (verbindungslos) und
TCP (verbindungsorientiert)
Informatik I (für Verkehrsingenieure) WS 2020/2021 305 Rechnernetze – Transportschicht
Adressierung bei Transportprotokollen
• Kommunikation zwischen Prozessen auf Quell- und Zielrechner
• Transportadressen TSAP (Transport Service Access Point): Ports
Port: 16-Bit Zahl, vordefinierte Ports z.B. 80 für HTTP
• Endpunkte auf der Vermittlungsschicht: NSAP (Network Service
Access Point), z.B. IP-Adressen
Host 1 Host 2
Prozess Anwendungsschicht
TSAP 254 Transportschicht TSAP 125
NSAP Vermittlungsschicht NSAP
Sicherungs- und
Bitübertragungsschicht
Informatik I (für Verkehrsingenieure) WS 2020/2021 315 Rechnernetze – Transportschicht UDP (User Datagram Protocol) • Protokoll der Transportschicht (RFC 786) • Verbindungslos, nicht zuverlässig • Geringer Overhead, keine Verzögerung durch Verbindungsaufbau, geringe Übertragungsverzögerungsschwankungen • Verwendung auf Anwendungen beschränkt, bei denen keine zuverlässige Übermittlung von Nachrichten erforderlich ist • UDP-Protokoll-Dateneinheiten werden als IP-Pakete versendet Informatik I (für Verkehrsingenieure) WS 2020/2021 32
5 Rechnernetze – Transportschicht
UDP Datagramm
IP-Datagramm
UDP-Datagramm
IP-Header UDP-Header Payload
Quell-Port Ziel-Port Länge Prüfsumme
16 Bit 16 Bit 16 Bit 16 Bit
Informatik I (für Verkehrsingenieure) WS 2020/2021 335 Rechnernetze – Transportschicht TCP (Transmission Control Protocol) • Protokoll der Transportschicht (RFC 793) • Verbindungsorientiert, zuverlässig, aber hoher Overhead • Einteilung der zu sendenden Daten in TCP-Protokoll-Dateneinheiten, die sogenannten TCP-Segmente • TCP-Segmente werden als IP-Pakete versendet und beim Empfänger wieder zusammengesetzt • Größe der TCP-Segmente üblicherweise bis max. 1500 Byte; 20 Byte für TCP-Header und 20 Byte für IP-Header • Nutzlast pro TCP-Paket: 1460 Byte • Aufbau des TCP-Headers: 16 Bit 16 Bit 32 Bit 32 Bit 4 Bit 6 Bit 6 Bit 16 Bit 16 Bit 16 Bit variabel Quell- Ziel- Sequenz- ACK Header- reser- CTRL- Fenster- Prüf- URG- Optionen port port Nr. Nr. Länge viert Flags größe summe pointer Informatik I (für Verkehrsingenieure) WS 2020/2021 34
5 Rechnernetze – Transportschicht
• Verbindungsaufbau: 3-Wege-Handshake
• SYN: synchronize
• ACK: acknowledgement
• seq: Sequenznummer, wichtig
für die Sicherstellung einer
vollständigen Übertragung in
der richtigen Reihenfolge und
ohne Duplikate
DATA • x, y: zufällig gewählte
Sequenznummern
Informatik I (für Verkehrsingenieure) WS 2020/2021 355 Rechnernetze – Transportschicht
• Verbindungsabbau:
• FIN: finish
• Beide Kommunikationspartner
können TCP-Verbindung
trennen
• Einseitiger Verbindungsabbau
möglich (halb geschlossene
Verbindung)
Informatik I (für Verkehrsingenieure) WS 2020/2021 365 Rechnernetze – Transportschicht
• Erkennung von Paketverlusten
• Sender startet Timer für jedes Paket, bei Ablauf erneutes Senden
• Empfänger schickt Bestätigungen (Acknowledgments) für empfangene
Pakete, die korrekt sind (Prüfsumme in Ordnung)
• Flusssteuerung: Sliding Window
• Problem: Puffer des Empfängers voll
• Empfänger teilt Sender über das Feld „Fenstergröße“ mit, dass er keine
Daten senden soll
• Überlaststeuerung bzw. Staukontrolle: Congestion Window
• Problem: Stau (congestion) im Netz, Puffer eines Routers voll
• Algorithmen zur Überlaststeuerung:
• Slow start / congestion avoidance
• Fast retransmit / fast recovery
Informatik I (für Verkehrsingenieure) WS 2020/2021 375 Rechnernetze – Dienste: DNS
Domain Name System (DNS)
• Verwendung von Namen beim Zugriff auf Rechner als
benutzerfreundliche Bezeichner (Namensvergabe durch ICANN)
• Domain Name System (DNS): Abbildung Namen ↔ IP-Adressen
root
… int com net uk de nl …
tu-dresden
• Hierarchisches, auf Domänen
basiertes Benennungsschema
inf
• Implementierung: verteilte
Datenbanken
dudpc
Informatik I (für Verkehrsingenieure) WS 2020/2021 385 Rechnernetze – Dienste: DNS
DNS-Namensbereiche
root
Domänen der
… int com net uk de nl … obersten Ebene
(Top Level Domains)
tu-dresden
Teildomänen
inf
(Sub Domains)
allgemein Länder
dudpc Rechner (Hosts)
• Benennung der Domänen aufwärts zur (unbenannten) Wurzel,
Trennung der Komponenten durch Punkte:
dudpc.inf.tu-dresden.de
Informatik I (für Verkehrsingenieure) WS 2020/2021 395 Rechnernetze – Dienste: DNS
Nameserver
• Kein einzelner Nameserver für gesamte DNS-Datenbank
• Aufteilung des DNS-Namensbereichs in nicht überlappende Zonen
• Pro Zone meist ein primärer Nameserver sowie einen oder mehrere
sekundäre (Zuverlässigkeit)
• Anwenderrechner muss mindestens einen Nameserver kennen
• Namensauflösung
• Resolver leitet Anfrage an lokalen Nameserver weiter
• Falls angefragte Domain zur Zone des lokalen Nameservers gehört:
Rückgabe der IP-Adresse (autorativer Datensatz - korrekte Daten)
• Sonst Weiterleitung an Nameserver der obersten Ebene der angefragten
Domäne
Beispiel: IP-Adresse des Hosts linda.cs.yale.edu
1 2 3 4
flits.cs.vu.nl cs.vu.nl edu.server.net yale.edu cs.yale.edu
8 7 6 5
Informatik I (für Verkehrsingenieure) WS 2020/2021 40Sie können auch lesen
