Diskussion des vorigen Praxisversuches

(1)

Adressauflösung

H1 R1 H2

128.96.34.15

45:35:FE:36:42:55 128.96.34.1 128.96.34.16 57:FF:AA:36:AB:11 85:48:A4:28:AA:18

IP‐Adresse Physikalische Adresse 128.96.34.1 57:FF:AA:36:AB:11 128.96.34.16 85:48:A4:28:AA:18

… …

IP‐Adresse Physikalische Adresse

128.96.34.15 ???

128.96.34.16 85:48:A4:28:AA:18

… …

(2)

Oracle VirtualBox 6.1

Ein wenig Praxis

Aus der Linux‐Ecke

ifconfig – Konfiguration einer Netzwerkschnittstelle

ip route – Konfigurieren von Routen

arp– Anzeige und Modifikation des ARP‐Cache

Wenn keine Argumente angegeben werden, wird der aktuelle Zustand angegeben.

Aus der Windows‐Ecke

ipconfig /all – zeigt die gesamte IP‐Konfiguration an

arp /a – zeigt den ARP‐Cache an

Unsere Spiel‐Umgebung Ubuntu‐Installation in einer VirtualBox‐Umgebung

Guest‐System (z.B. Ubuntu)

Virtuelle Netzwerkkarte Virtuelle

Netzwerkkarte

Oracle VM VirtualBox networking engine Host‐System (z.B. Windows 10)

Internet

Reale Netzwerkkarte

(3)

Ein wenig Praxis

Linux (Terminal) Windows (PowerShell)

(4)

Diskussion des vorigen Praxisversuches

IP‐Adressen wie z.B. 10.0.2.15 global im Netz sichtbar?

Eine kurze Überschlagsrechnung:

• haben in der VM zwei IP‐Adressen verwendet

• Host‐Rechner hat noch eine IP‐Adresse

• Notebook läuft nebenher mit je einer IP‐Adresse für Ethernet‐ und WLAN‐Schnittstelle

• Also: Prof. Frey verschwendet schon alleine mindestens fünf IP‐Adressen!!

Es gibt 2^32 = 4.294.967.296 mögliche IPv4‐Adressen in der Form X1.X2.X3.X4

Es gibt 7 841 925 026 Menschen (gemessen am 27.10.2020 um 18:25:11 [1]) Ganz zu schweigen, dass Netze auch noch strukturiert sind und nicht jedem jede beliebige noch freie IP‐Adresse gegeben werden kann…

Eine derart intensive Internet‐Nutzung war ursprünglich nicht vorgesehen

[1] https://countrymeters.info/de/World

(5)

Diskussion des vorigen Praxisversuches

Private IPv4‐Adressen [1]

• Sind nur im lokalen Netz (Intranet) eindeutig

• Jedes lokalen Netz darf diese ohne Koordination mit anderen verwenden

• Sind außerhalb des lokalen Netzes (also im Internet) nicht sichtbar

(Es gibt auch noch einen Shared‐Address‐Bereich für Internetdienstanbieter, einen Link‐Local‐Address‐Bereich für Zeroconf bzw. Automatic Private IP

Addressing (APIPA) und einen localhost mit der IP 127.0.0.1)

Netzadressbereich Anzahl Adressen Anzahl Netze gemäß Netzklasse

10.0.0.0 bis 10.255.255.255 2²⁴ = 16.777.216 Klasse A: 1 privates Netz mit 16.777.216 Adressen

172.16.0.0 bis 172.31.255.255 2²⁰ = 1.048.576 Klasse B: 16 private Netze mit jeweils 65.536 Adressen

192.168.0.0 bis 192.168.255.255 2¹⁶ = 65.536 Klasse C: 256 private Netze mit jeweils 256 Adressen

(6)

Diskussion des vorigen Praxisversuches

Jedes Lokale Netz braucht aber mindestens eine global eindeutige IP‐Adresse als „Eingang“, um im Internet gefunden werden zu können

• Das ist Aufgabe des Gateway/Router

• Es braucht „an geeigneter Stelle“ einen Übersetzungsschritt zwischen lokler und global eindeutiger IP‐Adresse

• Oder wir ändern das Internet und stellen mehr Adressen zur Verfügung

Das ist Thema des Abschnittes NAT sowie IPv6

Aber was ist denn nun meine (gegenwärtige) globale IP‐Adresse????

Projekt:

• Findet mit den besprochenen Kommandos die lokale IP‐Adresse eures Standardgateways (z.B. 192.168.2.1)

• Damit darauf einloggen (z.B. bei Speed‐Port lokale IP‐Adresse in Browser)

• In IP‐Adress‐Informationen die öffentliche WAN‐IP nachschauen

• Oder für Faule: https://whatismyipaddress.com/

(7)

Motivation für Super‐Netting

Betrachten wir als Beispiel die IT‐Abteilung eines Uni‐Campus, die

„autonom“ eine Menge von IP‐Adressen nutzt.

Mit Subnetting können wir gegebene Menge von IP‐Adressen effizient nutzen.

Aber, die IT‐Abteilung muss nach unserem bisherigen

Wissensstand immer noch IP‐Adressmenge in den Granularitäten Class‐A‐, ‐B‐, oder ‐C‐Netz beantragen/verwalten.

Was ist wenn wir z.B. 257 Hosts im Netz haben?

1. Beantrage ein Class‐B‐Netz. Effizienz?

2. Beantrage zwei Class‐C‐Netze.

(8)

Lösung: Classless‐Interdomain‐Routing (CIDR)

Aggregiere Netz‐Adressen.

Beispiel: Annahme wir haben 16*256‐1 Hosts.

Verwenden Adressen von 16 Class‐C‐Netzen.

Aber Adressen nicht beliebig, sondern hintereinanderliegend, z.B.:

192.4.16 [1100 0000 . 0000 0100 . 0001 0000]

192.4.17 [1100 0000 . 0000 0100 . 0001 0001]

...

192.4.31 [1100 0000 . 0000 0100 . 0001 1111]

Beobachtung: alle Adressen beginnen mit denselben 20 Bits:

1100 0000 0000 0100 0001

(9)

Lösung: Classless‐Interdomain‐Routing (CIDR)

Beobachtung: alle Adressen beginnen mit denselben 20 Bits:

11000000 00000100 0001

Im Beispiel also eine 20‐Bit Netzadresse

• Liegt zwischen Class‐C (24 Bit) und Class‐B (16 Bit)

• Erforderte Ausgabe eines Adressbereiches von 2^4 = 16 Class‐C‐Netzen

Allgemein: i‐Bit‐Netzadresse erfordert wie viele Class‐C‐Netze?

Internet‐Router beachten nur noch die i‐Bit‐Netzadresse.

(10)

Lösung: Classless‐Interdomain‐Routing (CIDR)

Wir brauchen für das Schema noch eine passende Notation.

Notation am Beispiel:

192.4.16 [1100 0000 . 0000 0100 . 0001 0000]

192.4.17 [1100 0000 . 0000 0100 . 0001 0001]

...

192.4.31 [1100 0000 . 0000 0100 . 0001 1111]

wird zusammengefasst dargestellt als:

192.4.16/20 [1100 0000 . 0000 0100 . 0001]

Also, /20 bedeutet Netzadresse besteht aus ersten 20 Bit und

fasst die 2^4=16 aufeinander folgenden Class‐C‐Netze beginnend mit 192.4.16 zusammen.

(11)

Quiz

Wie fasst man die Class‐C‐Netze 192.4.0 bis 192.4.31 mittels /X‐

Notation zusammen?

Wie stellt man das einzelne Class‐C‐Netz 192.4.16 in /X‐Notation dar?

(12)

Lösung: Classless‐Interdomain‐Routing (CIDR)

Umgang mit aggregierten Adressen im Router:

• Adressen in den Routing Tabellen: <länge,wert>‐Paar

• Vergleichbar mit <mask,wert>‐Paar im Subnetting, wenn Mask aus aufeinanderfolgenden 1‐Bit‐Werten besteht CIDR erlaubt sogenannte Routenaggregation. Beispiel:

Internet‐Anbieter Advertise

128.112.128/21

128.112.128/24 Kunden‐Netze

Es müssen noch nicht mal alle 8 aufeinanderfolgenden Netze aktuell genutzt sein!

128.112.135/24

…

(13)

Lösung: Classless‐Interdomain‐Routing (CIDR)

CIDR und Routingtabelleneinträge? Prefixe dürfen überlappen.

Beispiel‐Routingtabelle:

Wohin mit der Nachricht an 171.69.10.5?

Wohin mit der Nachricht an 171.69.20.5?

Generell: Longest‐Prefix‐Match

(erfordert effiziente Algorithmen/Datenstrukturen zum Finden des längsten passenden Prefix.  vgl. AlgoDat Radix‐ und

Network‐Address Next Hop

... ...

171.69/16 if1 171.69.10/24 if2

... ...

(14)

Subnetting versus CIDR

• Subnetting erlaubt das Aufteilen einer Netzadresse in Teilnetze

– Aufteilung annähernd beliebig; alles was mit der Subnetzmaske ausdrückbar ist

• CIDR dient dem Aggregieren von Netzadressen in einer einzigen Adresse

– Aggregation nicht beliebig; Netzadressen müssen aufeinanderfolgend sein; zusammengefasst werden immer nur 2^i viele Netze

– Gewisse Flexibilität, indem man „Dummy‐Netze“

verwendet

(15)

Netzwerkarchitektur

(16)

Motivation

• Bis jetzt: Basisbegriffe und etwas praktischen Einblick

• Im Folgenden: Anforderungen an ein Rechnernetz generell

• allgemeine, kostengünstige, faire und robuste Konnektivität zwischen einer großen Anzahl von Computern

• Möglichkeit der Weiterentwicklung

Änderungen der zugrunde liegenden Technologien

Änderungen der Anforderungen von Anwendungsprogrammen

• Beherrschbarkeit dieser komplexen Aufgabe mittels Netzwerkarchitekturen Richtline zu Entwurf und Implementierung von Netzwerken

• Im Folgenden: was sind die Aspekte einer Netzwerkarchitektur

• Zentrale Ideen, die allen Netzwerkarchitekturen gemeinsam sind

• Vorstellung der zwei wesentlichen Architekturen:

die OSI‐Architektur [genauer: Referenzmodell]

(oder 7‐Layer‐Architektur) und die Internetarchitektur

(17)

Host 1

Protokoll und Service‐Interface

• Protokoll‐Implementation versus Protokoll‐Spezifikation (Beschreibung)

• Interoperabilität

Protokoll High‐Level Objekt

Host 2

Protokoll High‐Level Objekt

Peer‐

Interface Service‐

Interface

Service‐

Interface

(18)

Protokollbeschreibung: Message‐ Sequence ‐Chart (MSC)

H1 H2

(19)

Protokollbeschreibung: Protokollzustandsautomat

Wait for connection

request

Wait for file request connection request/

connection response

close request

file request/

file response

(20)

Protokollkomponenten am Beispiel

H N S

Service‐Primitiven:

Zustände:

Zeitvorgaben:

Nachrichtenformate:

File f GET_FILE(), void ABORT_FILE_RETRIVAL(), ...

CLIENT_IDLE, CLIENT_WAITS_FOR_FILE, ...

if client waits 1000ms then change to state CLIENT_ERROR FILE_REQUEST_MESSAGE: |CLIENT_ADR|SERVER_ADR|FILE_NAME|

(21)

Host 1

Protokolle bauen aufeinander auf: Protokollgraph

Protokoll 1

Protokoll 3

Protokoll 2

Protokoll 4

Host 2

Protokoll 1

Protokoll 3

Protokoll 2

Protokoll 4

(22)

Nachrichtenkapselung

Host 1

Anwendung 1

Protokoll 1

Protokoll 2

Protokoll 3

Host 2

Daten

Daten H1

H2

Daten H1

H2 H3

Anwendung 1

Protokoll 1

Protokoll 2

Protokoll 3

Daten

Daten H1

H2

(23)

Host 1

Multiplexing und Demultiplexing

Protokoll 1

Protokoll 3

Protokoll 2

Protokoll 4

Host 2

Protokoll 1

Protokoll 3

Protokoll 2

Protokoll 4

(24)

OSI‐Modell

(25)

Internet‐Architektur (TCP/IP‐Architektur)

Nothing stated by TCP/IP model

(26)

Internet‐Protokolle

(27)

Host 2 Host 1

Adressen im Internet‐Modell

TCP

IP IP

LINK LINK

physical

TCP UDP

UDP

physical

Application Application Application Application

Physikalische Adresse

IP‐Adresse Port

Demux‐Key