IP

Network Layer

• Datenaustausch über heterogene Netze
• hardware-unabhängige Adresse pro Knoten
• Verbindung mittels Router oder Gateway
• vituelles Netz aka Internet

Adressierungsschema

• Flacher Adressraum: eindeutig, sagt nichts über Position aus, schlecht für grosse Netze
• Hierarscher Adressraum: Subnetze, vereinfacht Routing, neue Adresse falls Host das Netz wechselt

Router

• Auf Network-Layer, Funktion wie Bridges
• Empfangen nur an sie adressierte Pakete (vom Datalink-Layer)
• Weiterleitung Anhang Network Layer Adresse, nicht MAC
• Können heterogene Netze koppeln (z.B. Ethernet mit XDSL), braucht Protokoll-Stack der Netwerk-Technologie

Vorteile

• Immer optimaler Pfad, effektiver in WAN
• gute Netzbereichtrennung, logisch und verkehrsmässig
• unbeschränkte Anzahl Knoten
• Sicherheit und eifachere Verwaltung durch Trennen von Netzbereichen
• Barriere für Broadcast-Meldungen (gegen Broadcast-Storms)

Nachteile

• Teurer, schwieriger zum konfigurieren
• Nicht alle Protokolle lassen sich routen

Routing

• Routing: optimaler Weg bestimmen
• Forwarding: Weiterleitung der Datenpakete
• Muss Topologie des Netzes kennen
• Routing Protocols: RIP, EGP, OSPF, BGP
• OSI Protokolle: IS-ES, IS-IS

Brouter

• Bridging Router / Layer-3-Switches
• Routen einzelne Protokolle

Adressierung

• Hosts: Kommunikationsquellen
• Multi-homed Hosts: In mehreren Subnetzen angeschlossen
• Netzwerk-Adresse ist die tiefste
• Broadcast-Adresse ist die höchste
• Subnetzmaske AND Knotenadresse => Netzadresse (tiefste)
• Invertierte Subnetzmaske OR Knotenadresse => Broadcastadresse (höchste)
• Classful-Routing mit Netzklassen
• Classless-Routing mit Netzmasken

• Subnetzmaske gibt an mit Bits: 1 -> Netz, 0 -> Host

  • 255(1111’1111) 254(1111’1110) 252(1111’1100) 248(1111’1000) 240(1111’0000) 224(1110’0000) 192(1100’0000) 128(1000’0000) 0(0000’0000)

Aufbau

• Big-Endian: höchstwertigstes Byte zuerst

• IP-Adresse:

  • eindeutige 32 Bit grosse Zahl
  • besteht aus Netz- und Hostnummer
• Hosts im gleichen Netz haben gleiche Netznummer

Classful-Routing

• Netzklassen mit fixem Definitionsbereich
• Erste Adress-Bits bestimmen Grösse
• Benötigt keine Netzmaske, effizientes Routing

Kl	Pre	Adressbereich	Netze	Knoten
A	0	1.0.0.0 - 127.255.255.255	128	16’777’214
B	10	128.0.0.0 - 191.255.255.255	16’384	65’534
C	110	192.0.0.0 - 223.255.255.255	2’097’152	254
D	1110	224.0.0.0 - 239.255.255.255	Multicast	-
E	11110	240.0.0.0 - 247.255.255.255	Reserviert	-

Verwaltung

• Eindeutige Verteilung durch IANA -> RIR dann RIPE-NCC -> Switch (als Local Internet Registry)

• Private Netze müssen nicht registriert werden

  • A: 10.0.0.0 / 255.0.0.0
  • B: 172.16.0.0 - 172.21.0.0 / 255.255.0.0
  • C: 192.168.0.0 - 192.168.255.0 / 255.255.255.0
• Loopback: 127.x.x.x lokal - werde nicht aufs Netz gesendet

Routing

• Routing-Tabelle bestimmt Pfad eines Datagramm

  • Eintrag sortiert nach Länge der Netmaske
  • Router sucht von oben nach unten nach (Zieladr AND Subnetzmaske), stimmt die Netzmaske wird das Interface verwendet und an das Gateway weitergeleitet7

Protokoll

Header

TODO: IP header bild

• Version (4B): IPv4, IPv6
• IHL (4B): Internet Header Lenght, 5 (ohne Optionen) bis max. 15

• Type of Service (8B): Precedence, Delay, Throughput, Reliability

  • Neu DSCP (Bit 0-5), ECN (Bit 6-7)
• Total Lenght (16B): Gesamtlänge Datagramm in Byte (inkl. Header). Max 65’535
• Identification (16B): Identifiziert Fragmente
• Flags (3B): Bit 0 -> immer Null, 1 -> DF (Don’t Fragment), 2 -> MF (More Fragments)
• Fragment Offset (13B): 8-Byte-Einheiten für die Position des Fragments
• TTL (8B): Lifetime, verhindert endlos Routing
• Protocol (8B): Übergeordnetes Protokoll im Datenteil (1=ICMP,6=TCP,17=UDP)
• Header Checksum (16B): Header als Worte invertiert (Einerkomplement), addiert, dann die invertierte Summe
• Source Address (32B): Ursprünglicher Absender
• Dest Address (32B): Schlussendlicher Empfänger
• Options/Padding (bis 60Byte): optional, Options für Erweiterungen, Padding für Auffüllen auf ganzzahliges Vielfaches von 32Bit.

Fragmentation

• MTU: Max. Übertragungseinheit (max MTU 1500 an Daten)
• Aufteilung in Fragmente mit eigenmen IP-Header

• Reassembly: Am Zielort zusammensetzen mittels Offset (FO), More Fragments (MF), Total Lenght (TL) und IHL

  • Nicht fragmentiert: FO=0, MF=0
  • Erstes: FO=0, MF=1 (Header wird in Header-Buffer kopiert)
  • Letztes: FO=x>0, MF=0 (FO + TL = Total-Data-Lenght)
  • Daten-Buffer als Speicher
  • Fragment-Block-Bit-Tabelle prüft Vollständigkeit
  • Timer, nach ca. 15Sek abbruch

Kapselung

• Address Resolution: Übersetzung der Protokolladresse in Hardware-Adresse
• Zwischen Internet- und Datalink-Layer
• Routing über mehrere Hosts wird jeweils die Src und Dest Adresse ausgetauscht
• Algorithmisch: Direkte Bestimmung der MAC-Adresse, falls Zusammenhang besteht
• Tabellengesteuert: Routing Tabelle, muss manuell geführt werden
• Nachritenaustausch: Anfragen der Adresse für jedes Paket, ineffizient

ARP

• Kombination von Nachrichtenaustausch und Tabelle
• 4-Byte IP auf 6-Byte Ethernet Adresse
• ARP-Request (Broadcast) mit IP, betroffener Knoten sendet ARP-Reply (Unicast)
• ARP-Cache mit TTL für Einträge
• massive Belastung in grossen Netzwerken
• Gratuitous ARP-Request: Senden der eigenen IP Adresse bei registrierung zur Konflikterkennung
• Gratuitous ARP-Reply: Bei Änderung der IP mit Broadcast

RARP

• IP Adresse mit Ethernet-Adresse finden
• Besser als Ablegen einer IP-Adresse in Disk-Image
• Nachteil: MAC-Layer-Broadcast wird nicht weitergegeben von Routern (darum BootP und DHCP mit UDP)

ICMP

• Router oder Empfänger-Host Mitteilung and Sender
• Meldung von Fehlern, kürzeren Wegen, Bufferoverflow
• Keine ICMP-Meldung über ICMP und Fragmente mit FO!=0
• Als IP-Datagramm

• ICMP-Typ (Fehler):

  • 3=Destination Unreachable: Datagramm kann nicht ans Endziel befördert werden
  • 4=Source Quench: Wenn Puffer erschöpft, fordert auf die Übertragungsrate zu redizieren
  • 5=Redirect: falscher Router, fordert auf das Routing zu ändern
  • 11=Time Exceeded: Falls TTL des Datagramm null oder Fragment Timer abgelaufen
  • 12=Parameter Problem: ungültiger Wert im IP-Header
• ICMP-Typ (Info): 0=Echo Reply,8=Echo,13=Timestamp,14=Timestamp Reply,15=Information Request,16=Information Reply

Destination Unreachable Message

TODO

Time Exceeded Message

TODO

Echo or Echo Reply Message

TODO