Internet Protocol Version 4

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Kontrollfragen

Testfrage 1

Antwort1

Testfrage 2

Antwort2

Testfrage 3

Antwort3

Testfrage 4

Antwort4

Testfrage 5

Antwort5

TMP

IPv4

Internet Protokoll Version 4

IP – Einordnung ins DoD-Modell

ExkursBezeichnung der Daten im Protokoll-Stapel

Eigenschaften von IP

Grundlage des TCP/IP-Stapels (TCP/IP-Stack)

Teil der Netzwerkschicht des DoD-Modells (Layer 2)

Setzt auf Data Link Layer auf

Ethernetypfeld: 08-00

Um 1977 entwickelt

In der Version 4 das Standard-Protokoll im Internet

Die Weiterentwicklung zur Version 6 ist abgeschlossen, aber noch wenig genutzt

Hardwareunabhängig

Die Adressierung ist nicht von der Netzwerktechnologie abhängig

Paketorientierter verbindungsloser Datagram-Dienst

freie Routenwahl

kein Verbindungsauf- oder abbau

Keine Fehlerkorrektur

IP - Aufgaben

Gewährleistung des Transports von Daten über heterogene Netzwerktopologien

Abstraktion von Besonderheiten des darunter liegenden Layers 2(z.B. Ethernet, Token Ring oder ATM)

Definition eines Adressschemas

Definition von Datagrammen

Datagram-Service

Unzuverlässig

Keine Auslieferungs-Garantie

Keine Fehlerfreiheits-Garantie

Routing zwischen Netzen

Fragmentierung / Reassemblierung von Datagrammen

Übermittlung der Daten vom Transport- zu Networklayer

Definition/ Adressierung höherer Protokolle

IP - Wichtige RFCs

RFC 791IP-Protokoll

RFC 815IP over X.25 Networks

RFC 894IP over Ethernet-Networks

RFC 948IP over 802.3 Networks

RFC 1051IP over Arcnet-Networks

RFC 1055IP over Serial Lines („SLIP“)

RFC 1088IP over Netbios Networks

RFC 1577IP over ATM Networks („Classical IP“)

Aufbau des IP-Headersdeutsch

IP-Headerenglisch

IP-Header im Detail 1Version und Länge

Version

Die Version des IP-Protokolls

Wir behandeln hier Version 4

Länge

Dieses Feld gibt die Länge des IP-Protokoll-Kopfes in 32-Bit-Worten an

Die minimale Länge beträgt 5 Worte, was auch der Normalfall ist

Vergrößerung durch Angabe von Optionen

IP-Header im Detail 2Servicetypen

Mit den Precedence-Bit (0-2) kann eine Priorität von 0 - 7 angegeben werden

Bit 3 – 6 haben folgende Bedeutung

1000 Minimize-delay

0100 Maximize throughput

0010 Maximize reliability

0001 Minimize monetary costs

0000 Normal service

Bit 7 ist reserviert (ohne Bedeutung)

Leider werden die Servicetypen meist von kommerziellen Produkten nicht (vollständig) unterstützt

IP-Header im Detail 3Paketlänge und Identifikation

Paket-Länge

Die Länge des Paketes in Byte inklusive Protokoll-Kopf

16 Bit – Feld (Maximale Paketgröße = 65.535 Byte)

Identifikation

Eine eindeutige Identifikation (Zähler)

Diese Kennungen sollten sich nur nach längeren Zeitabständen wiederholen

um nicht mit verspäteten PDU in Konflikt zu kommen

Paketübertragung im Internet

IP-Header im Detail 4Lebenszeit (TTL = Time To Live)

Dieses Feld gibt an, wie lange das Paket maximal unterwegs sein darf

Das Problem

Beim Routen durch vermaschte Netze, können Datagramme/ Fragmente ziellos und unendlich lange kreisen

Das verbraucht Ressourcen und kann Netzwerke bis zum Stillstand belasten

Die Lösung

Jeder Knoten (Router) verringert diesen Wert um mindestens 1

Hält ein Router ein Paket länger als eine Sekunde, verringert er die TTL um 1 je weitere Sekunde

Bei Erreichen des Wertes „0“, wird Paket verworfen

IP-Header im Detail 5Sender- und Empfänger-Adressen

32-Bit IP-Adresse (IPv4), 128-Bit IP-Adresse (IPv6)

unabhängig von der zugrunde liegenden Netztechnologie

Das Internet-Protokoll definiert also eine rein logische Netztopologie

Die Vergabe der IP-Adressen wird international von der IANA (Internet Assigned Numbers Association) geregelt

die IANA verteilt die Organisation auf mehrere Unterorganisationen

Die in Europa zuständige Organisation ist das RIPE (Réseaux IP Européens)

IP-Header im Detail 6DF, MF und Fragmentabstand

DF (Don‘t Fragment)

0 = May Fragment

1 = Don‘t Fragment

MF (More Fragment)

0 = Last Fragment

1 = More Fragment

Fragmentabstand

Länge relativ zum Beginn des ursprünglichen Datagram

IP-Header im Detail 7 Protokoll

Nummer des Transportprotokolls

Legt fest, welches Protokoll für die Weiterverarbeitung auf Layer 3 zuständig ist (demultiplexing)

gemäß RFC 1700 (Assigned Numbers)

/etc/protocol

%SYSTEMROOT%\system32\drivers\etc\protocol

Ausgewählte IP-Protokollnummern

IP-Header im Detail 7 Weitere Felder

Prüfsumme

wird über den gesamten IP Header berechnet

Berechnung beim Sender:

setze das checksum Feld auf 0

XOR über alle 16-bit Worte im Header

das Ergebnis wird bitweise invertiert und stellt dann den Wert für das checksum Feld dar.

Check beim Emfänger:

XOR über alle 16-bit Worte im Header (inkl. checksum)

OK, wenn im Ergebnis alle bits auf 1 stehen

Füllzeichen

Auffüllen des Headers auf ein Vielfaches von 32-Bit

Nutzdaten

Segmente und Datagramme höherer Protokolle

Meist TCP oder UDP

IP-Header im Detail 8 Optionen

Flexible Erweiterbarkeit des Headers

Variable Länge (max. 40 Byte)

Folgende Optionen sind möglich

Source Routing

Liste von Routern, die ein Datagram durchlaufen soll

Der genommene Weg wird aufgezeichnet (max. 9 Hops)

loose: die Angegebenen IP Adressen müssen nicht benachbart sein

strict: die Angegebenen IP Adressen müssen benachbart sein

sonst wird das Paket verworfen und eine ICMP source route failed Nachricht an den Sender geschickt

Source Routing ist nahezu überall abgeschaltet da, es ein Sicherheitsrisiko darstellt - IP Spoofing!

Record Route

Router hängen ihre IP-Adresse an das Optionsfeld an

Zeitstempel

Zusätzlich zur IP-Adresse wird die Uhrzeit des Durchlaufes angehangen

Fragmentierung im Internet

Warum Fragmentierung?

Anpassung der Datagramgrösse an die MTU der lokalen Netz-Technologie

Definition des Protokolls / Beschränkung durch Norm

Paketlänge in verschiedenen Netzen

Token Ring32768 bit

Ethernet12144 bit

X.25 (Maximum)8192 bit

X.25 (Standard)1024 bit

IP - Fragmentierung

Felder: DF, MF, Identifikation, Fragmentabstand

kann nur bei DF=0 durchgeführt werden

wird von den Routern eigenständig vorgenommen

kann bei Bedarf wiederholt angewendet werden

Zielhost muss die Fragmente zusammensetzen

Fragmentierung

Alle Fragmente haben dieselbe Kennung

diese definiert keine Reihenfolge

Zu fragmentierende Pakete mit DF-Flag werden verworfen, da sie nicht in das nächste Netzwerk geleitet werden können

Stationen, die nicht alle Fragmente eines IP-Datagrams innerhalb einer bestimmten Zeitspanne (i.d.R. 30-40s) zum Reassemblieren erhalten, verwerfen alle empfangenen Pakete

Fragment Offset

Gibt die Länge relativ in Byte zum Beginn des Datenbereichs im ursprünglichen Datagram an

Ermöglicht dem Empfänger mehrere Fragmente in der richtigen Reihenfolge zusammenzusetzen

Bei vollständigem Datagram (keine Fragmentierung) und beim ersten Fragment hat der Fragment Offset immer den Wert 0

Fragment Offset (Grafik)

IP - Fragmentierung: Beispiel

Netz1: MTU 1200Byte

Netz2: MTU 532 Byte

Netz3: MTU 276 Byte

Paket mit Länge 1044Byte (= 20Byte Header + 1024Byte Daten) und nicht gesetztem DF-Bit soll über die 3 Netze übertragen werden

Die Reihenfolge der Ankunft beim Zielhost spielt keine Rolle.

Wenn nach Ablauf eines Timers nicht alle Teilpakete angekommen sind, wird das Paket verworfen.

IP - Fragmentierung: Beispiel Paketlänge 1044 Byte

Ausblick: IPv6

Die Internet Engineering Task Force (IETF) hat eine neue IP-Version namens IPv6 entwickelt

IPv6 hat eine Länge von 128 Bit = 2128

über 667 Billiarden IP-Adressen pro mm² Erde

510 100 000 km2 Erdoberfläche

Verbesserte Sicherheit

Verbesserte Header, um das Routing zu vereinfachen und zu beschleunigen

Der Übergang von IPv4 zu IPv6 läuft fließend

IP Source Routing Option Paketformat

IP Source Routing Funktionsweise

Der Sender nimmt die source route Liste von der Anwendung, und hängt die eigentliche Zieladresse an diese Liste an.

Die Empfänger Adresse im IP Paket wird auf den ersten Eintrag in der Liste gesetzt

Der Rest der Liste in die IP Source Routing Option geschrieben (max. 9 Eintäge!)

Ein Empfänger eines IP Paketes überprüft, ob die Liste vollständig abgearbeitet wurde.

Wenn ja, dann ist er endgültiger Empfänger.

Wenn nein, dann wird die IP Adresse auf die das pointer Feld zeigt als neue Empfänger Adresse in das IP Paket eingetragen.

Die IP Adresse des Interfaces auf welches das IP Paket weitergeleitet wird, wird in das Feld geschrieben (auf die Position auf die das pointer Feld zeigt).

Der Inhalt des pointer Feldes wird um 4 erhöht.

IP Source Routing Beispiel

IP Source Routing Beispiel

IP Source Routing Beispiel

IP Source Routing

loose

die Angegebenen IP Adressen müssen nicht benachbart sein

strict

die Angegebenen IP Adressen müssen benachbart sein, sonst wird das Paket verworfen und eine ICMP source route failed Nachricht an den Sender geschickt.

Source Routing ist nahezu überall abgeschaltet da es ein Sicherheitsrisiko darstellt - IP Spoofing!

TMP

IPv4

Internet Protokoll Version 4

IP – Einordnung ins DoD-Modell

ExkursBezeichnung der Daten im Protokoll-Stapel

Eigenschaften von IP

Grundlage des TCP/IP-Stapels (TCP/IP-Stack)

Teil der Netzwerkschicht des DoD-Modells (Layer 2)

Setzt auf Data Link Layer auf

Ethernetypfeld: 08-00

Um 1977 entwickelt

In der Version 4 das Standard-Protokoll im Internet

Die Weiterentwicklung zur Version 6 ist abgeschlossen, aber noch wenig genutzt

Hardwareunabhängig

Die Adressierung ist nicht von der Netzwerktechnologie abhängig

Paketorientierter verbindungsloser Datagram-Dienst

freie Routenwahl

kein Verbindungsauf- oder abbau

Keine Fehlerkorrektur

IP - Aufgaben

Gewährleistung des Transports von Daten über heterogene Netzwerktopologien

Abstraktion von Besonderheiten des darunter liegenden Layers 2(z.B. Ethernet, Token Ring oder ATM)

Definition eines Adressschemas

Definition von Datagrammen

Datagram-Service

Unzuverlässig

Keine Auslieferungs-Garantie

Keine Fehlerfreiheits-Garantie

Routing zwischen Netzen

Fragmentierung / Reassemblierung von Datagrammen

Übermittlung der Daten vom Transport- zu Networklayer

Definition/ Adressierung höherer Protokolle

IP - Wichtige RFCs

RFC 791IP-Protokoll

RFC 815IP over X.25 Networks

RFC 894IP over Ethernet-Networks

RFC 948IP over 802.3 Networks

RFC 1051IP over Arcnet-Networks

RFC 1055IP over Serial Lines („SLIP“)

RFC 1088IP over Netbios Networks

RFC 1577IP over ATM Networks („Classical IP“)

Aufbau des IP-Headersdeutsch

IP-Headerenglisch

IP-Header im Detail 1Version und Länge

Version

Die Version des IP-Protokolls

Wir behandeln hier Version 4

Länge

Dieses Feld gibt die Länge des IP-Protokoll-Kopfes in 32-Bit-Worten an

Die minimale Länge beträgt 5 Worte, was auch der Normalfall ist

Vergrößerung durch Angabe von Optionen

IP-Header im Detail 2Servicetypen

Mit den Precedence-Bit (0-2) kann eine Priorität von 0 - 7 angegeben werden

Bit 3 – 6 haben folgende Bedeutung

1000 Minimize-delay

0100 Maximize throughput

0010 Maximize reliability

0001 Minimize monetary costs

0000 Normal service

Bit 7 ist reserviert (ohne Bedeutung)

Leider werden die Servicetypen meist von kommerziellen Produkten nicht (vollständig) unterstützt

IP-Header im Detail 3Paketlänge und Identifikation

Paket-Länge

Die Länge des Paketes in Byte inklusive Protokoll-Kopf

16 Bit – Feld (Maximale Paketgröße = 65.535 Byte)

Identifikation

Eine eindeutige Identifikation (Zähler)

Diese Kennungen sollten sich nur nach längeren Zeitabständen wiederholen

um nicht mit verspäteten PDU in Konflikt zu kommen

Paketübertragung im Internet

IP-Header im Detail 4Lebenszeit (TTL = Time To Live)

Dieses Feld gibt an, wie lange das Paket maximal unterwegs sein darf

Das Problem

Beim Routen durch vermaschte Netze, können Datagramme/ Fragmente ziellos und unendlich lange kreisen

Das verbraucht Ressourcen und kann Netzwerke bis zum Stillstand belasten

Die Lösung

Jeder Knoten (Router) verringert diesen Wert um mindestens 1

Hält ein Router ein Paket länger als eine Sekunde, verringert er die TTL um 1 je weitere Sekunde

Bei Erreichen des Wertes „0“, wird Paket verworfen

IP-Header im Detail 5Sender- und Empfänger-Adressen

32-Bit IP-Adresse (IPv4), 128-Bit IP-Adresse (IPv6)

unabhängig von der zugrunde liegenden Netztechnologie

Das Internet-Protokoll definiert also eine rein logische Netztopologie

Die Vergabe der IP-Adressen wird international von der IANA (Internet Assigned Numbers Association) geregelt

die IANA verteilt die Organisation auf mehrere Unterorganisationen

Die in Europa zuständige Organisation ist das RIPE (Réseaux IP Européens)

IP-Header im Detail 6DF, MF und Fragmentabstand

DF (Don‘t Fragment)

0 = May Fragment

1 = Don‘t Fragment

MF (More Fragment)

0 = Last Fragment

1 = More Fragment

Fragmentabstand

Länge relativ zum Beginn des ursprünglichen Datagram

IP-Header im Detail 7 Protokoll

Nummer des Transportprotokolls

Legt fest, welches Protokoll für die Weiterverarbeitung auf Layer 3 zuständig ist (demultiplexing)

gemäß RFC 1700 (Assigned Numbers)

/etc/protocol

%SYSTEMROOT%\system32\drivers\etc\protocol

Ausgewählte IP-Protokollnummern

IP-Header im Detail 7 Weitere Felder

Prüfsumme

wird über den gesamten IP Header berechnet

Berechnung beim Sender:

setze das checksum Feld auf 0

XOR über alle 16-bit Worte im Header

das Ergebnis wird bitweise invertiert und stellt dann den Wert für das checksum Feld dar.

Check beim Emfänger:

XOR über alle 16-bit Worte im Header (inkl. checksum)

OK, wenn im Ergebnis alle bits auf 1 stehen

Füllzeichen

Auffüllen des Headers auf ein Vielfaches von 32-Bit

Nutzdaten

Segmente und Datagramme höherer Protokolle

Meist TCP oder UDP

IP-Header im Detail 8 Optionen

Flexible Erweiterbarkeit des Headers

Variable Länge (max. 40 Byte)

Folgende Optionen sind möglich

Source Routing

Liste von Routern, die ein Datagram durchlaufen soll

Der genommene Weg wird aufgezeichnet (max. 9 Hops)

loose: die Angegebenen IP Adressen müssen nicht benachbart sein

strict: die Angegebenen IP Adressen müssen benachbart sein

sonst wird das Paket verworfen und eine ICMP source route failed Nachricht an den Sender geschickt

Source Routing ist nahezu überall abgeschaltet da, es ein Sicherheitsrisiko darstellt - IP Spoofing!

Record Route

Router hängen ihre IP-Adresse an das Optionsfeld an

Zeitstempel

Zusätzlich zur IP-Adresse wird die Uhrzeit des Durchlaufes angehangen

Fragmentierung im Internet

Warum Fragmentierung?

Anpassung der Datagramgrösse an die MTU der lokalen Netz-Technologie

Definition des Protokolls / Beschränkung durch Norm

Paketlänge in verschiedenen Netzen

Token Ring32768 bit

Ethernet12144 bit

X.25 (Maximum)8192 bit

X.25 (Standard)1024 bit

IP - Fragmentierung

Felder: DF, MF, Identifikation, Fragmentabstand

kann nur bei DF=0 durchgeführt werden

wird von den Routern eigenständig vorgenommen

kann bei Bedarf wiederholt angewendet werden

Zielhost muss die Fragmente zusammensetzen

Fragmentierung

Alle Fragmente haben dieselbe Kennung

diese definiert keine Reihenfolge

Zu fragmentierende Pakete mit DF-Flag werden verworfen, da sie nicht in das nächste Netzwerk geleitet werden können

Stationen, die nicht alle Fragmente eines IP-Datagrams innerhalb einer bestimmten Zeitspanne (i.d.R. 30-40s) zum Reassemblieren erhalten, verwerfen alle empfangenen Pakete

Fragment Offset

Gibt die Länge relativ in Byte zum Beginn des Datenbereichs im ursprünglichen Datagram an

Ermöglicht dem Empfänger mehrere Fragmente in der richtigen Reihenfolge zusammenzusetzen

Bei vollständigem Datagram (keine Fragmentierung) und beim ersten Fragment hat der Fragment Offset immer den Wert 0

Fragment Offset (Grafik)

IP - Fragmentierung: Beispiel

Netz1: MTU 1200Byte

Netz2: MTU 532 Byte

Netz3: MTU 276 Byte

Paket mit Länge 1044Byte (= 20Byte Header + 1024Byte Daten) und nicht gesetztem DF-Bit soll über die 3 Netze übertragen werden

Die Reihenfolge der Ankunft beim Zielhost spielt keine Rolle.

Wenn nach Ablauf eines Timers nicht alle Teilpakete angekommen sind, wird das Paket verworfen.

IP - Fragmentierung: Beispiel Paketlänge 1044 Byte

Ausblick: IPv6

Die Internet Engineering Task Force (IETF) hat eine neue IP-Version namens IPv6 entwickelt

IPv6 hat eine Länge von 128 Bit = 2128

über 667 Billiarden IP-Adressen pro mm² Erde

510 100 000 km2 Erdoberfläche

Verbesserte Sicherheit

Verbesserte Header, um das Routing zu vereinfachen und zu beschleunigen

Der Übergang von IPv4 zu IPv6 läuft fließend

IP Source Routing Option Paketformat

IP Source Routing Funktionsweise

Der Sender nimmt die source route Liste von der Anwendung, und hängt die eigentliche Zieladresse an diese Liste an.

Die Empfänger Adresse im IP Paket wird auf den ersten Eintrag in der Liste gesetzt

Der Rest der Liste in die IP Source Routing Option geschrieben (max. 9 Eintäge!)

Ein Empfänger eines IP Paketes überprüft, ob die Liste vollständig abgearbeitet wurde.

Wenn ja, dann ist er endgültiger Empfänger.

Wenn nein, dann wird die IP Adresse auf die das pointer Feld zeigt als neue Empfänger Adresse in das IP Paket eingetragen.

Die IP Adresse des Interfaces auf welches das IP Paket weitergeleitet wird, wird in das Feld geschrieben (auf die Position auf die das pointer Feld zeigt).

Der Inhalt des pointer Feldes wird um 4 erhöht.

IP Source Routing Beispiel

IP Source Routing Beispiel

IP Source Routing Beispiel

IP Source Routing

loose

die Angegebenen IP Adressen müssen nicht benachbart sein

strict

die Angegebenen IP Adressen müssen benachbart sein, sonst wird das Paket verworfen und eine ICMP source route failed Nachricht an den Sender geschickt.

Source Routing ist nahezu überall abgeschaltet da es ein Sicherheitsrisiko darstellt - IP Spoofing!