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05_TCP/IP Flashcards

1
Q

Normen und Standards

A
  • verbindliche Standards und Normen garantieren Interoperabilität
  • damit Hardware- und Softwarekomponenten verschiedener Hersteller zusammenarbeiten können
  • Norm: von einer dafür autorisierten Organisation aufgestellt + verbindlich („De-jure-Standard“)
  • Standard: kann jeder setzen und für die Nutzung auch Geld verlangen („De-facto-Standard“)
  • Normungsgremien: ISO + IEC, IEEE, IETF
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2
Q

TCP/IP

Paketierung - Gründe

A
  • keine Blockierung des Netzwerks
    • Könnte ein Teilnehmer beliebig viele Daten am Stück übertragen, wäre das Netz in dieser Zeit für alle anderen blockiert.
    • bei Paketierung abwechselnd Pakete verschiedener Teilnehmer
  • Prüfsummen o.ä. möglich
    • Für jedes einzelne Paket kann Empfänger herausfinden, ob Daten unterwegs beschädigt wurden -> Paket ggf. nochmals anfordern - nicht ganze Übertragung
    • bei Datenübertragung am Stück -> bei Fehler ganze Übertragung von vorn beginnen
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3
Q

TCP/IP

IP - Eigenschaften

A
  • weltweit eindeutige, hierarchisch aufgebaute Adressen (IP-Adresse)
  • gesamtes Netzwerk besteht aus vielen Teilnetzen, über Router verbunden
  • Jeder Router muss bei einem ankommenden Paket selbstständig entscheiden, an wen er es weiterleitet -> mit Tabelle. -> keine zentrale Instanz, die alles steuert
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4
Q

TCP/IP

Aufbau eines IP-Netzes

A
  • > Router koppeln Subnetze
  • > 1 Router ist immer mit mind. 2 Netzen verbunden

Privathaus: Router verbindet 3 Subnetze:
LAN (Ethernet) + WLAN + Internet

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5
Q

TCP/IP

IP - Funktionsweise

A
  • Pakete werden einzeln als Datagramme verschickt
    • Jedes Datagramm hat Absender- und Empfängeradresse
    • behandelt nur einzelne Datenpakete, jedes für sich -> keine Zusammengehörigkeiten, keine Reihenfolge
    • keine Garantie, dass ein Datagramm ankommt
    • keine Mechanismen zur Fehlerbehebung (Wiederholung, Prüfung)
    • keine Empfangsbestätigung
  • Pakete können verloren gehen oder in Reihenfolge durcheinander geraten -> eine Schicht höher durch TCP-Protokoll geregelt
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6
Q

TCP/IP

IP - Funktionsweise eines Routers

A
  • 1 Router gehört zu zwei oder mehr Subnetzen -> in jedem Subnetz eine Adresse (an jedem Anschluss)
  • stellt Verbindung zwischen den an ihm angeschlossenen Subnetzen her
  • wenn Router IP-Paket erhält -> Empfängeradresse anschauen
  • Adresse gehört zu Subnetz, das direkt an diesen Router angeschlossen ist -> sendet Paket direkt an Empfänger
  • Adresse nicht direkt erreichbar -> sendet Paket an anderen Router weiter, der (hoffentlich) näher am Empfänger ist
  • IP-Pakete wandern von Router zu Router durchs Netzwerk, bis sie dem Empfänger zugestellt werden können
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7
Q

TCP/IP

Versionen des Internet Protocols

A

IPv4 - Version 4

  • erste weit verbreitete Protokollversion
  • bis heute am häufigsten für Kommunikation im Internet
  • Adressraum von theoretisch 4 Mrd. Adressen geht zur Neige (4 Byte-Adresse)
  • Performanceeinschränkungen in Hochgeschwindigkeitsnetzen

IPv6 - Version 6

  • riesiger Adressraum und vereinfachte Paketverarbeitung (16 Byte-Adresse)
  • nicht abwärtskompatibel zu IPv4 -> zwei Geräte müssen gleiches Protokoll können, um zu kommunizieren (aktuelle Betriebssysteme und Netzwerkhardware können parallel durch Dual-Stack-Betrieb)
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8
Q

TCP/IP

IP-Versionen: Paketaufbau im Vergleich

A
  1. grün: Protokollversion (4 o. 6)
  2. grau (IPv4): Länge des Headers (zusätzliche Header-Felder)
  3. gelb (IPv6): Priorisierung
  4. Fragmentsteuerung
    • IPv4: Aufteilung von großen Datenpaketen in mehrere kleine, wenn die MTU-Size eines Netzwerkes nicht groß genug ist
    1. IPv6: Paket verworfen und Sender per ICMP mitteilen, dass er kleinere Pakete schicken soll
  5. blau: Lebenszeit = TTL = time to live = hop limit: vom Sender festgelegt (hop = Zwischenstation) -> um Routingschleife zu vermeiden -> bei 0 verworfen
  6. rosa (IPv4): Headerprüfsumme
    • Fehler bei Übertragung des Headers erkennen -> Performanceproblem (jeder Router reduziert Lebenszeit reduziert und muss dann Prüfsumme neu berechnen)
    • Prüfsumme für gesamte Pakete schon in 1. Schicht
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9
Q

TCP/IP

IP-Adressen

A

IPv4

  • aus 4 Bytes
  • Bytes einzeln als Dezimalzahl aufgeschrieben und durch Punkte getrennt - max. Wert 255 pro Byte
  • z.B.
    • 10.1.1.5
    • 143.217.0.5
    • 221.15.129.1

IPv6

  • aus 16 Bytes
  • hexadezimal angegeben, nach jeweils 2 Byte ein Doppelpunkt
  • z.B. 100f:04e5:2300:0000:0000:0000:ab04:1fff
    • führende Nullen weglassen: 100f:4e5:2300:0:0:0:ab04:1fff
    • einmal pro Adresse mehrere Blöcke mit Nullen weglassen und durch 2 Doppelpunkte ersetzen: 100f:4e5:2300::ab04:1fff
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10
Q

TCP/IP

IP-Adressen - Aufbau

A
  • IP-Adresse = Netzadresse + Hostadresse
  • Subnetz = Teil des IP-Adressraumes
  • Netzadresse = festgelegte Anzahl Bits am Beginn der Adressealle -> Geräte in einem Subnetz haben gleichen Adressbeginn
  • Hostanteil = restliche Bits können frei gewählt werden -> je mehr, desto mehr Geräte können in Subnetz adressiert werden
  • Host = Gastgeber -> im Internet ein Gerät mit eigener IP-Adresse
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11
Q

TCP/IP: IP-Adressen

Woher weiß man, welcher Teil der IP-Adresse zur Netzadresse gehört und welcher zum Hostanteil?

A
  • IPv4 und IPv6: Anzahl Bits, die zur Netzadresse gehören mit Schrägstrich getrennt hinter der IP-Adresse
    • 100f:4e5:2300::ab04:1fff / 56
    • 128.34.105.0 / 24 (erste 3 Zahlen sind Netzanteil)
  • IPv4: Subnetzmaske möglich - alle Bits, die zur Netzadresse gehören, auf 1 gesetzt (ununterbrochene Folge von 1, danach ununterbrochene Folge mit 0)
    • Host: 128.34.105.0, Subnetzmaske 255.255.255.0 (255 = 8 Einsen - insg. 3 Zahlen sind Netzanteil)
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12
Q

TCP/IP

IP-Adressen - Beispiel

Umwandeln in andere Schreibweise

Wie viele Adressen sind im Subnetz möglich?

IP-Adresse: 10.1.1.5

Subnetzmaske: 255.255.255.0

A
  1. 1.1.5 / 24
    - > 2^8 Adressen im Subnetz möglich
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13
Q

TCP/IP

IP-Adressen - Beispiel

Umwandeln in andere Schreibweise

Wie viele Adressen sind im Subnetz möglich?

kleinste + größte Adresse im Subnetz

10.1.173.5 / 20

A

IP-Adresse: 10.1.173.5

Subnetzmaske: 255.255.240.0

  • > 2^12 Adressen im Subnetz möglich
  • > Subnetz umfasst alle Adressen von 10.1.160.0 (173 - 1 1 0 1) bis 10.1.175.255 (173 + 0 0 1 0)
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14
Q

TCP/IP

Klassen bei IPv4-Adressen

A

Class A: Beginn mit 0 -> Hälfte der IP-Adressen (Subnetzmaske 255.0.0.0)

  • 1^16 Hosts pro Subnetz möglich
  • 2^7 (128) Subnetze möglich (8-1, da ein Bit vordefiniert)

Class B: Beginn mit 10 -> Viertel des Internets (Subnetzmaske 255.255.0.0)

  • 2^16 Hosts pro Subnetz
  • 2^14 Subnetze möglich (16 - 2 vordefinierte Bits)

Class C: 255.255.255.0

  • 2^8 (256) Hosts pro Subnetz möglich
  • 2^21 Subnetze möglich
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15
Q

TCP/IP: IP

Aufbau eines Netzwerks mit Subnetzen

A
  • IP-Adresse auf einzelne Standorte verteilen
  • Zentrale: Class-B-Netzwerk - Adressbeginn mit 10.1.
  • andere Class-B-Subnetze mit 10.2 - 10.3 - …
  • Class-C-Subnetz: weniger Geräte möglich mit 10.4.1 und 10.4.2
  • Nullen am Adressende frei vergebbar
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16
Q

TCP/IP: IP

Besondere Adressen

A
  • localhost
  • private Netze
  • Netzadresse: kleinste Adresse eines Subnetzes - Host-Anteil 0 - stellvertretend für gesamtes Subnetz
  • Broadcastadresse: größte Adresse eines Subnetzes - kompletter Host-Anteil 1 - Pakete an diese Adresse gehen an alle Hosts des Subnetzes (z.B. Pakete mit Steuerungsfunktionen)
17
Q

TCP/IP: IP

Besondere Adressen: localhost

A
  • IPv4: 127.0.0.1 (localhost)
  • IPv6: ::1 / 128 (127 Nullen, eine 1)
  • immer das eigene Gerät (2. IP-Adresse) -> erreicht nur sich selbst, nicht von/nach außen
  • erlaubt Versand von IP-Paketen innerhalb des lokalen Computers, auch ohne Netzwerk-Hardware
  • Pakete an localhost werden nur lokal verarbeitet und gehen nie über ein LAN-Interface
18
Q

TCP/IP: IP

Besondere Adressen: lokale Adessen

A
  • *10.**0.0.0 - 10.255.255.255
  • *172.**16.0.0 - 172.31.255.255
  • *192.168.**0.0 - 192.168.255.255
  • im Internet nicht genutzt und nicht geroutet -> Router verwerfen sie
  • NAT: Network Access Translation - Router ersetzt Adresse mit offizieller Internetadresse
  • vom Provider nur eine Adresse, aber im Haushalt für jedes Gerät andere Adresse -> im Internet durch offizielle Adresse des Providers ersetzt
  • IPv6: fdxx : xxxx : xxxx : yyyy : zzzz : zzzz : zzzz : zzzz x=Zufallswert, y=Subnetz innerhalb des privaten Netzes, z=Hostanteil
19
Q

TCP/IP: IP

Wie viele Adressmöglichkeiten gibt es in einem Class-C-Netz?

A

1 Byte für Hostanteil -> 2^8 Möglichkeiten

= 256 - Netzadresse - Hostadresse

= 254

20
Q

TCP/IP

IP-Adressen bei einer Internetverbindung

IPv4

A
  • Internetprovider verfügen über große Subnetze für ihre Kunden
  • Normale Internetzugänge: genau 1 offizielle IPv4-Adresse vom Provider zugeteilt
  • Um mehrere Hosts mit dem Internet zu verbinden, erhalten diese private IP-Adressen -> Internet-Router setzt auf offizielle Adresse um (NAT)
  • dynamische IP-Adresse - Privatkunden: neue IPv4-Adresse bei jedem Verbindungsaufbau (Sicherheit/Schutz vor User Tracking, schwieriger selber Internetdienste anzubieten)
  • statische IP-Adresse - Geschäftskunden: auf Wunsch immer die gleiche IP-Adresse
  • symmetrische Internetzugänge: mehrere statische IPv4-Adressen (meist 8) in Form eines Subnetzes, damit der Kunde eigene Server im Internet bereitstellen kann -> auch mehr möglich (bis zu 32 oder 64 Adressen)
21
Q

TCP/IP

IP-Adressen bei einer Internetverbindung

IPv6

A
  • noch nicht alle Provider verteilen zusätzlich zur IPv4-Adresse eine IPv6-Adresse
  • Kunden erhalten statisches oder dynamische Subnetz mit Hostanteil = 58 oder 64 Bit groß
  • jedes Gerät bekommt individuelle Adresse zur Kommunikation im Internet -> Adressumsetzung nicht mehr notwendig
  • Hostanteil kann Kunde bei allen Hosts selbst festlegen
  • einige Betriebssysteme: Hardwareadresse als Hostanteil -> Problem: Host eindeutig identifizierbar
22
Q

TCP/IP: IP

Routing - komplexer Fall

Routingtabelle

A
  • bei mehreren Routern, bei Einrichtung des Routers erstellt
  • Routingtabelle = Liste von Netzadressen und Subnetzmasken
  • festgelegt, über welche Netzwerkschnittstelle und an welchen Router Pakete weitergeleitet werden sollen
  • Zieladresse wird nacheinander gegen jeden Eintrag der Tabelle geprüft (UND-Verknüpfung der Subnetzmaske mit Empfängeradresse und Netzadresse, Vergleich)
23
Q

TCP/IP

ICMP

A
  • Internet Control Message Protocol
  • als Nutzdaten eines IP-Pakets versenden
  • Pakete enthalten immer mindestens die Felder „Type“ und „Code“
  • Quell- und Zieladresse stehen im IP-Paket-Header
  • Diagnosewerkzeug, um herauszufinden, ob und wie schnell Verbindung funktioniert -> ping + IP-Adresse/Name (z.B. www.spiegel.de): schickt ICMP-Paket -> Antwort mit echo reply -> PC zeigt an, ob er Antwort erhalten hat
24
Q

TCP/IP

Wichtige ICMP-Pakete

A

Network Unreachable: vom Router, wenn er Subnetz nicht erreichen kann

Host Unreachable: vom Router des Subnetzes des Empfänger

Time Exceeded: TTL = Lebenszeit abgelaufen

25
Q

TCP/IP

ICMP: Trace-Route für Time Exceeded

A
  • um Routing-Fehler zu finden/herausfinden, auf welchem Weg Pakete geroutet werden
  • traceroute: erzeugt Echo Request mit TTL=1 -> vom ersten Router verworfen -> schickt „Time exceeded“ -> Absenderadresse von Traceroute als erste Station angezeigt
  • Echo Request mit TTL=2 verschickt -> erste Router leitet Paket weiter -> zweite verwirft es und antwortet mit „Time exceeded“ -> Absenderadresse = zweite Station
    mit wachsender TTL fortsetzen
  • Bild: Echo Request mit TTL=3 erreicht Empfänger -> antwortet mit einem Echo Reply = Ende der Routenverfolgung
26
Q

TCP/IP

Router im Schichtenmodell

A
  • > arbeitet nur auf Ethernet- und Internet-Ebene
  • > eine Schicht mehr als Switches

Router implementiert: Ethernet, WLAN, IP, NAT, ICMP, Firewall, …

27
Q

TCP/IP

ARP und DHCP

Logische und physische Adressen

A
  • IP-Adressen werden Netzwerkgeräten zugeteilt -> logische Adressen
  • Infrastruktur arbeitet normalerweise mit anderen, physischen Adressen (Hardwareadresse, MAC-Adresse)

-> Problem: Wie kommt man von IP-Adresse auf Hardware-Adresse?

28
Q

TCP/IP

ARP

A
  • Address Resolution Protocol
  • broadcast -> Gerät schickt ARP-Request an alle Geräte im Subnetz, um Hardwareadresse herauszufinden, mit
    • eigener IP-Adresse
    • eigener HW-Adresse
    • gesuchter IP-Adresse
  • gesuchtes Gerät antwortet mit ARP-Reply, der die HW-Adresse enthält
  • HW-Adresse wird für einige Minuten im ARP-Cache gespeichert, um die Anzahl von ARP-Anfragen zu begrenzen -> anschauen mit Befehl arp -a
29
Q

TCP/IP

DHCP

A
  • Dynamic Host Configuration Protocol
  • wenn DHCP-Server im Netzwerk -> Endgeräte brauchen keine lokale IP-Konfiguration
  • Einstellung „Konfiguration automatisch beziehen (DHCP)“
  • sendet beim Hochfahren eine Anfrage an alle („Wie sind meine IP-Einstellungen?“)
  • DHCP-Server antwortet -> Information aus Zuordnungstabelle oder dynamisch bestimmt
  • für Einstellung aller wichtigen Netzwerkparameter (Subnetzmaske, Standardgateway, …)
30
Q

TCP/IP

TCP - Grundfunktionen

A

bis jetzt: IP-Protokoll und angrenzende Protokolle (ARP, DHCP)

  • > Leistung: einzelne Pakete jedes für sich an IP-Adressen weltweit versenden - NICHT: mehrere Pakete, verlorene Pakete wiederholen, Pakete in richtige Reihenfolge bringen
  • *Wunsch:** Verbindung/Kommunikationskanal erstellen = TCP = 3. Schicht

Grundfunktionen

  • Verbindungsauf- und -abbau (einer virtuellen Verbindung)
  • Vollduplex: Verbindung ist in beiden Richtungen nutzbar
  • Absicherung durch Sequenznummern und Prüfsummen (Reihenfolge der Pakete)
  • Verlorengegangene Pakete werden wiederholt
  • Dienstauswahl auf dem Server durch Portnummern

Anwendungen: Verbindungsorientierte Protokolle wie Telnet, FTP, HTTP

31
Q

TCP/IP

TCP - Portnummern

A
  • IP-Adresse wird um einen sogenannten Port ergänzt
  • Nummer im Bereich von 0 – 65535
  • wird bei der Absender- und bei der Empfängeradresse mit angegeben
  • genaue Identifizierung mehrerer gleichzeitiger TCP-Verbindungen (durch bestimmte Kombination von Sender- und Empfängerportnummer)
  • Auswahl eines von einem Server gewünschten Dienstes: FTP (21), Telnet (23), HTTP (80)
  • Quellport = beliebig, aber jenseits von 1024
  • *Empfängerport** = 80, weil er auf Webserver zugreifen will / 21 zur Dateienübertragung
32
Q

TCP/IP

UDP

A
  • *User Datagram Protocol**
  • *Grundfunktionen:**
  • Datagrammdienst
  • Bereitstellung der Funktionalität von IP auf Schicht 4
  • Dienstauswahl durch Portnummern wie bei TCP
  • Sehr einfache Prüfsumme

Anwendungen

  • verbindungslose Dienste wie DNS, SNMP
  • Dienste, die Verbindungssteuerung und Flusskontrolle auf Anwendungsebene erledigen, z.B. NFS (TCP-Funktionen selber implementiert)
33
Q

TCP/IP

Zusammenwirken der Schichten 1 - 4

34
Q

TCP/IP

DNS

A
  • Domain Name System
  • ermöglicht die Ermittlung einer IP-Adresse aus einem sprechenden Namen/Namen zu einer IP-Adresse
  • dezentrale Datenbank mit unterschiedlichen Verantwortlichkeiten
  • DNS-Namen sind hierarchisch aufgebaut
  • Hierarchieebenen sind durch Punkte getrennt - höchste Hierarchieebene am Ende
  • Aufbau:.[.].
  • TLD = Top Level Domain, z.B. .de, .com, .info, .name
  • Jede TLD wird von einer Vergabeorganisation verwaltet, für .de beispielsweise die DeNIC.
  • Domains können bei der zuständigen Vergabeorganisation reserviert werden (z.B. google.de)
  • Subdomains und Hosts kann der Domaininhaber selbst einrichten (alles, was mit google.de endet)
35
Q

TCP/IP

Ablauf einer DNS-Abfrage

A
  1. DNS Anfrage: PC benötigt IP-Adresse (netzwerkguide.de) -> DNS-Anfrage an lokal eingetragenen DNS-Server
  2. Weiterleitung: lokale DNS-Server kennt die Adresse nicht -> Weiterleitung an DNS-Server des Internet-Providers
  3. Anfrage beim Root Name Server: falls Nameserver des ISP die Domain nicht kennt -> Root Name Server kennt zu jeder TLD einen zuständigen Nameserver
  4. Antwort: Adresse des Authoritative Name Servers für .de
  5. Anfrage beim Authoritative Name Server: Nameserver des ISP schickt ursprüngliche Anfrage an den Authoritative Name Server
  6. Antwort: IP-Adresse des zuständigen Nameservers für netzwerkguide.de
  7. Anfrage beim Name Server für netzwerkguide.de: Nameserver des ISP schickt ursprüngliche Anfrage an den Name Server für netzwerkguide.de.
  8. Antwort: IP-Adresse von www.netzwerkguide.de
      1. Antwort wird an anfragenden PC ausgeliefert

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