TCP/IP
Teil 1: Theoretische Grundlagen


Johannes Franken
<jfranken@jfranken.de>




Caution:
Please note: This document is available in german only. An english translation for this document is in progress

Kursinhalt ,,Theoretische Grundlagen``

Kapitel 1: Der TCP/IP Protocol Stack

Wer oder was ist TCP/IP

TCP/IP bezeichnet einen Protocol Stack, der die Protokolle TCP* und IP* verwendet. Er

Beispiel Protokolle

Ein Protkoll ist die exakte Beschreibung eines Vorgangs.

Protocol Stacks

Ein Protocol Stack ordnet Protokolle in Layer.

(Beispiel aus Tanenbaum, Computer Networks)

Ziel ist die Austauschbarkeit der Protokolle innerhalb eines Layer ohne Beeinflussung der übrigen Layer.

Populäre Protocol Stacks


In Reihenfolge ihrer Entstehung:
  1. SNA* von IBM: sieben Layer, rechtlich geschützt
  2. TCP/IP: etwa vier Layer (Grenzen verschwommen), Protokolle verschiedener Schichten voneinander abhängig, aber erfolgreich
  3. IPX/SPX von Novell: vier Layer, Konzept von XNS* übernommen
  4. OSI* von ISO*: sieben Layer, frei und perfekt aber zu spät

Layer im ISO/OSI Protocol Stack


Layer im TCP/IP Protocol Stack


Zoom into TCP/IP Protocol Stack



Wichtige Erkenntnisse


  1. Netscape merkt nicht, ob eine 3COM- oder iNTEL-Netzkarte oder ein Modem für die Verbindung sorgt; denn
  2. Protocol Stacks sind praktisch.
  3. Der TCP/IP Protocol Stack eignet sich hervorragend für die Kommunikation zwischen gleichen und unterschiedlichen Architekturen.

kurze Pause...

Kapitel 2: Link-, Network- und Transport- Layer

Media Layer


Der Media Layer stellt die physikalische Verbindung zwischen zwei Punkten mittels Kupfer, Glasfaser, Laserstrecke, Infrarotblitz, Richtfunk etc her.

Media Layer: Patchfeld


Das Patchfeld erleichtert Veränderungen an der Verkabelung.
Vorderansicht Rückansicht

Link Layer


Der Link Layer besteht aus zwei Sub-Layers mit folgenden Aufgaben:

Low Level Link Layer: Topologie


Low Level Link Layer: NIC, Modem, ISDN Adapter


Hardware, die den Computer mit dem Netz verbindet.
NIC MODEM

Low Level Link Layer: Hub, Concentrator, Repeater


Der Hub leitet alle Frames an die jeweils anderen Ports weiter.
Es gibt zwei Arten von Hubs:

Hi Level Link Layer: Spezifikation Ethernet-Frame



Weitere mögliche Protokolle: z.B. PPP*, SLIP*, IEEE* 802.2 und 802.3, je nach verwendeter Hardware.

Hi Level Link Layer: Switch, Bridge


Bestimmen den Ausgangsport anhand der MAC-Adressen.
Im Gegensatz zum Switch wandelt die Bridge zusätzlich verschiedene Low Level-Protokolle ineinander um. (z.B. von 100baseT auf Token Ring).

Network Layer


Das typische Network-Layer Protokoll des TCP/IP Stack ist das IP in Version 4.

Network Layer: Routing


Der Network Layer implementiert das Routing.
  IP-Router

Network Layer: Router



,,Na und, das können Hubs oder Switches auf Link Ebene doch auch...?``

Network Layer: Hubs und Switches sind keine Router


,,Das können Hubs oder Switches auf Link Ebene doch auch...?``
Theoretisch: ja.
Aber in der Praxis: kaum möglich.
Der ausschließliche Einsatz von Hubs oder Switches hätte in einem großen Netz wie z.B. dem Internet, folgende Nachteile:

Network Layer: IP-Adresse


Jede Netzschnittstelle erhält
Zur besseren Lesbarkeit notiert man die IP-Adresse als dezimale Bytes.
Bytes können Werte zwischen 0 und 255 annehmen.
Beispiel: aus 11000000101010000010101000001100 wird 192.168.42.12
Wie lautet die Dezimaldarstellung der IP-Adresse 10001101000000100000000100000001?

Network Layer: Routing Tabelle


Die Routing Tabelle einer Netzschnittstelle enthält pro Zeile folgende Einträge:

Beispiel:
Ziel Gateway Netzmaske
192.168.42.0 0.0.0.0 255.255.255.0
10.0.0.0 192.168.42.19 255.0.0.0
0.0.0.0 192.168.42.1 0.0.0.0

Network Layer: Routing Tabelle Beispiel






Routing Tabelle von 192.168.42.10:
Ziel Gateway Netzmaske
192.168.42.0 0.0.0.0 255.255.255.0
10.0.0.0 192.168.42.19 255.0.0.0
0.0.0.0 192.168.42.1 0.0.0.0

Network Layer: Routing-Tabelle : Netzmaske


Die Bits der IP-Adresse, an deren Position die Netzmaske 1 ist, bilden die Netzadresse, der Rest den Hostpart. Beispiele:





Wenn die Netzmaske andere Werte als 0 und 255 enthält, sagt man Sub-Netz und Subnetzmaske statt Netz und Netzmaske.

Network Layer: Konventionen zu IP-Adressen im Internet


zur Teilnahme von IP-Adressen am Internet gibt es folgende Regeln:
Zusätzlich sind die IP-Adressen 10.*.*.*, 172.16.*.*-172.31.*.* und 192.168.*.* für private Netze reserviert und im Internet verboten. (Quelle: RFC1597*)
Wieso?

Network Layer: Diagnosetools ping und traceroute


Transport Layer

IP hat zwei Probleme:

Transport Layer: Ports


Transport Layer: UDP


UDP Datagram

Transport Layer: UDP Nachteile

In einigen Anwendungen (z.B. telnet, ftp) hätte UDP gravierende Nachteile, weil
Ideen zur Lösung?

Transport Layer: TCP

TCP bietet die verlässliche, sitzungsorienterte Übertragung beliebig langer Nachrichten.

Pause...

Kapitel 3: Application Layer

Hostnames


Zur Vereinfachung kann man Die Darstellung Hostname.Domainname heißt FQDN*.
Beispiel:


Hosts Resolving


Zur Erstellung eines TCP-Segments oder einer UDP-Message wird die IP-Adresse benötigt.
Daher haben Anwendungen die Aufgabe, die IP-Adresse aus dem Hostname zu ermitteln. Dieser Vorgang heißt Auflösung oder resolving.
Typische Vorgehensweisen hierbei sind die Hosts- und die DNS-Methode.
Hosts Methode:

DNS Resolving


Der Nameserver ist ein Programm auf einem Netzrechner. Über das DNS*-Protokoll bietet es anderen Netzteilnehmern auf Port 53

Well known ports


Protokoll Port
telnet 23
daytime 13
smtp 25
http 80
ftp 21
dns 53
https 443
pop3 110
imap2 143
netbios-ns 137
netbios-ssn 139
snmp 161
printer 515
ircd 6667
oracle 1521
Die Umsetzung von Portnamen in Portnummern erledigt die services-Datei.

telnet


daytime


smtp


smtp


http


http


ftp


Kapitel 4: Fachliteratur

Fachliteratur

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