Netzwerkschicht

1. Wegewahl (Routing):

• Zusammentragen von Kenntnissen über mögliche Übertragungswege und Berechnen der

• Routing-Tabellen

• Verwendung von speziellen Routing-Protokollen und -Algorithmen

• Einige Beispiele:

  RIP(RoutingInformationProtocol) – OSPF(OpenShortestPathFirst) – BGP(BorderGatewayProtocol)

2. Weiterleitung (Forwarding):

• auf Grundlage von Routing-Tabellen (Forwarding-Tabellen) Entscheidungen über den nächsten Schritt, den ein Paket nimmt

Das „Netzwerk“ im Inneren des Routers nennt man Switching Fabric

Switching Fabrics können sehr unterschiedlich strukturiert sein Möglich sind zum Beispiel ein gemeinsam genutzter Speicher. . .

. . . oder ein Bus, der alle Eingänge und Ausgänge verbindet

Die Adresse eines Netzwerks gibt man an, indem man alle Bits, die zum Host-Teil gehören auf 0 setzt:

IP-Adresse 131.77.20.57 in einem /16-Netz ⇒ Netzwerkadresse: 131.77.0.0 IP-Adresse 77.113.52.154 in einem /25-Netz ⇒ Netzwerkadresse: 77.113.52.128

Wenn man alle Bits des Host-Teils auf 1 setzt, erhält man die sogenannte Broadcast-Adresse des Subnetzes

obige Beispiele: 131.77.255.255 bzw. 77.113.52.255

Pakete an diese Adresse sollen an alle Hosts in diesem Subnetz zugestellt werden

Diese beiden Adressen werden nicht für Netzwerkschnittstellen verwendet

Broadcast und Netzwerkadresse werden nicht für Netzwerkschnittstellen verwendet

In einem Netzwerk mit i Bit für den Host-Teil (also 32 − i Bit für den Netzwerkteil) stehen deshalb

2i − 2 Adressen für Schnittstellen zur Verfügung

/18 entspricht einer Netzmaske, in der die ersten 18 Bits gesetzt sind

. . . also 11111111 11111111 11000000 00000000

. . . also 255.255.192.0

Bitweises logisches UND mit der (binären) Netzmaske:

nochmal gucken

Durch geschickte Verteilung von Adressbereichen lassen sich oft mehrere (hoffentlich: viele!) Einträge in Routingtabellen zusammenfassen

Man nennt das Routenaggregation Die Longest-Prefix-Matching-Regel hilft dabei, noch mehr Routen effizient zusammenfassen zu

können: allgemeingültige Regel (kurzes Präfix, großer Adressbereich) . . . und davon dann einzelne Ausnahmen (längere Präfixe, Teilbereiche) mit anderem Routing

In dem meisten Systemen sind auch mehrere Einträge mit gleichem Präfix in einer Routingtabelle zulässig

dann entscheidet ein Prioritätswert, welcher Eintrag genutzt wird oft „Metrik“ genannt: höherer Wert = niedrigere Priorität

Version: Version des IP-Protokolls (bei IPv4: 4) Headerlänge: in 4-Byte-Worten (für Optionen – genau wie bei TCP)

DSCP: Differentiated Services Code Point – kann verwendet werden, um unterschiedliche Pakete von Routern unterschiedlich behandeln zu lassen

ECN: Zwei Flags für die explizite Signalisierung von Überlast (im Zusammenspiel mit zugehörigen Flags im TCP-Header; experimentell)

Gesamtlänge: Länge des Datagramms in Byte Identifikation, Don’t Fragment (DF), More Fragments (MF), Fragment-Offset:

später mehr, wenn es um Fragmentierung geht

Time to Live (TTL): verbleibende Restlebensdauer des Datagramms jeder Router verringert den Wert um 1

wird 0 erreicht, muss das Datagramm verworfen werden typischer Anfangswert heute: 32 Funktion: Schutz vor endlosem Weiterleiten aufgrund von Routingschleifen

Transportprotokoll-Nummer: Kennen wir schon: Benötigt der Empfänger, um zu entscheiden, an welches Protokoll der nächsthöheren Schicht der Paketinhalt weitergegeben werden soll

6 = TCP 17 = UDP 1 = ICMP

Header-Prüfsumme: Wie schon bei UDP und TCP: Zum Erkennen von Übertragungsfehlern da sich der IP-Header während der Weiterleitung ändert (TTL!), muss die Prüfsumme jedesmal neu

berechnet werden

Die maximal mögliche Datagrammgröße eines gegebenen Netzwerklinks

Wunschvorstellung: Festlegung einer gemeinsamen MTU für alle möglichen (auch zukünftigen) Sicherungsschichten – offensichtlich unrealistisch

In der Praxis: Jede Sicherungsschicht definiert ihre eigene MTU (z. B. Ethernet 1500 Byte, IBM Token Ring 4500 Byte, FDDI 4470 Byte,. . . )

Für diesen Zweck mehrere Felder im IPv4-Header:

Identifikation: vom Sender vergebene „Paketnummer“, damit der Empfänger mehrere Fragmente eines Paketes als zusammengehörig erkennen kann

Don’t Fragment Flag: Wenn gesetzt, darf das Datagramm nicht fragmentiert werden wenn es nicht in die MTU passt: verwerfen und Fehlermeldung an den Absender

More Fragments Flag: Wenn gesetzt, dann ist dies nicht das letzte Segment des Datagramms; es folgen weitere Fragmente

Fragment Offset (13-Bit-Zahl): relative Lage des Anfangs der hier enthaltenen Daten im Gesamtdatagramm, in 8-Byte-Einheiten (!)

Maximalwert einer 13-Bit-Zahl: 213 − 1 = 8191 8192 · 8 Byte = 65536 Byte

Beispiel:

Um die maximal mögliche MTU entlang der Route (die Pfad-MTU) zu ermitteln, gehen die meisten Betriebssysteme heute so vor (RFC 1191):

1. sendeeinIP-PaketmitgesetztemDon’t-Fragment-FlagundeinergewähltenMTU 2. wenn das Paket zu groß war, kommt ein ICMP Destination Unreachable mit Statuscode

„Fragmentation Needed“ zurück 3. danndieGrößenachuntenanpassen

Häufiges Problem: Firewalls, die für die MTU-Ermittlung notwendige ICMP-Fehlermeldungen herausfiltern