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4.1 Allgemeines
Die Aufgabe der Vermittlungsschicht ist es, Daten vom Ursprung zum Ziel zu bringen, auch wenn der Weg über mehrere zwischenliegende Rechner führt. Weitere Ziele sind die Erkennung und Ausgleichung von Lastunterschieden und das Auswählen einer optimalen Route.
4.2 IP (Internet Protocol)
Das Layout eines IP-Paketes sieht folgendermaßen aus:
Erklärung der einzelnen Felder:
Bezeichnung Länge (Bit) Beschreibung
Version 4 Versionsnummer, derzeit 4
Länge d. H. 4 Header-Länge in 32-Bit-Wörtern, mind. 5, max. 15
Service Type 8 gewünschter Dienst, Kombination aus Zuverlässigkeit und Geschwindigkeit.
hohe Zuverlässigkeit: Bei Pufferüberlauf werden diese Pakete als letzte verworfen (bei Netzen mit unterschiedlicher Übertragungsrate)
Durchsatz vs Verzögerung: (De-)Fragmentierung
Durchsatz: Defragmentieren so weit wie möglich
Verzögerung: Jedes Fragment sofort übertragen
Paketlänge 16 Länge des Pakets inkl. Header (in Bytes max. Paketgröße für IP: 64 kB
Paket-ID 16 Durch den Sender (durch Inkrement) gesetzte Paket-ID. Im Falle einer Fragmentierung tragen alle Fragmente die gleiche Paket-ID (Angabe in Bytes)
FFs 3 Fragment-Flags
Bit 1: "Don't Fragment": Ist das Paket zu fragmentieren, wird es verworfen, Fehlermeldung an Sender
Bit 2: "More Fragments": Bei allen Fragmenten außer dem letzten eines Paketes gesetzt
Fragment Offset 13 rel. Adresse d. Daten des Paketes im Gesamtpaket. In 8-Byte-Schritten
Time To Live 8 Jeder Router dekrementiert diesen Wert, der vom Sender bestimmt wird. Wird der Wert 0, so verwirft der Router das Paket und ein ICMP-Paket wird dem Sender zurückgeschickt
Protokoll 8 Protokoll, an das die Daten weitergegeben werden.
z.B.: 6: TCP; 1: ICMP; 17: UDP
Checksumme 16 Prüfsumme des Heades
Quell-IP-Adr. 32 4-Byte lange IP-Adresse des Senders
Ziel-IP-Adr. 32 4-Byte lange IP-Adresse des Empfängers
Optionen 32 * x 5 Möglichkeiten:
- Security
- Strict Source Routing
- Loose Source Routing
- Record Route
- Time Stamp
Weitere Infos zu den Optionen:
Security: Bezeichnet, wie geheim ein Paket ist
Strict Source Routing: Bestimmt den Pfad, den das Paket gehen muß. Es dürfen nur die angegebenen Stationen ohne Zwischenstationen und in der richtigen Reihenfolge verwendet werden.
Loose Source Routing: ähnlich wie Strict Source Routing, nur dürfen zwischen zwei vorgegebenen Stationen noch andere Stationen liegen.
Record Route: Veranlaßt jeden Router, seine IP-Adresse in das Paket zu schreiben, um so den Pfad verfolgen zu können. Da die Optionen maximal nur 40 Byte umfassen können, kann diese Option heute meist nicht mehr genutzt werden.
Time Stamp: Ähnlich wie Record Route, nur wird neben der IP-Adresse auch ein Zeitstempel von jedem Router eingetragen.
IP-Adressen
Jedes Gerät in einem Internet muß eine eindeutige IP-Adresse haben, welche in einen Netz- und einen Hostanteil zerfällt. Genauere Informationen zu IP-Adressen findet man im Referat "Routing" Spitzbart.
4.3 ICMP (Internet Control Message Protocol)
Dieses Protokoll kommt dann zum Einsatz, wenn ein unvorgesehenes Ereignis eintritt. ICMP-Nachrichten, von denen es mehrere Typen gibt, werden mit einem IP-Header gesendet.
DESTINATION UNREACHABLE
Wird benutzt, wenn ein Teilnetz oder ein Router das Ziel nicht finden kann
TIME EXCEEDED
Wird benutzt, wenn ein Paket weggeworfen wird, wenn sein Zähler (Time To Live) 0 erreicht hat. Ist ein Anzeichen dafür, daß eine hohe Überlastung vorliegt, oder die Pakete kreisen in einer Schleife, weil eine Fehlkonfiguration auf einem Router herrscht
PARAMETER PROBLEM
Zeigt einen unzulässigen Wert im IP-Header an. Dies deutet auf einen Fehler in der Software des Quellrechners bzw. eines Routers hin
SOURCE QUENCH
Wird heute kaum mehr benutzt. Diente früher dazu, um einem Host mitzuteilen, daß er seine Aktivitäten drosseln soll.
REDIRECT
Wird benutzt, wenn ein Router festgestellt hat, daß ein Paket falsch weitergeleitet wurde.
ECHO REQUEST, ECHO REPLY
Wird benutzt, um festzustellen, ob ein Ziel noch erreichbar ist. Von jedem Ziel wird erwartet, auf einen ECHO-REQUEST mit einem ECHO-REPLY zu antworten.
TIMESTAMP REQUEST, TIMESTAMP REPLY
Ähnlich wie ECHO-x, nur wird zusätzlich die Zeit mitgesendet. Die Optionen ECHO-x und TIMESTAMP-x werden auch zum Messen der Netzleistung verwendet.
4.4 Routing
Das Routing ist eine der wichtigsten Aufgaben der Vermittlungsschicht und somit auch des IP-Protokolls. Meist wird diese Aufgabe von eigenen Geräten erfüllt, die auf diese Anforderungen optimiert sind. Es kann jedoch auch ein beliebiger Rechner mit mindestens zwei Netzwerkschnittstellen als Router fungieren.
Wenn ein IP-Paket von einem Router empfangen wird, stellt dieser anhand seiner Routing-Tabellen fest, in welche Richtung (auf welche Schnittstelle) er dieses Paket weiterleiten soll. Weiters können hier auch Fakten wie die Verfügbarkeit und Netzwerkauslastung auch einen Rolle für die Auswahl der Route eine Rolle spielen.
Der Inhalt der Routing-Tabellen kann entweder statisch eingetragen werden oder dynamisch von Routing-Protokollen erstellt werden. Näheres zu diesem Thema gibt es in den Referaten "Routing" und "Routing Protokolle".
4.5 Mulitcasting
Überlicherweise findet die Kommunikation in der Vermittlungsschicht zwischen Sender und Empfänger statt (Ende-zu-Ende-Kommunikation). Es wäre aber nützlich, ein IP-Paket gleichzeitig an mehrere Rechner zuzustellen. Dies wird in IP durch die Klasse-D-Adressen (224.0.0.0 - 239.255.255.255) möglich.
Jede Adresse der Klasse D identifiziert eine Hostgruppe. Sendet nun ein Prozeß ein Paket an eine Adresse der Klasse D, dann wird es allen Mitgliedern der adressierten Gruppe zugestellt, was aber nicht garantiert ist.
Es gibt 2 Gruppen von Klasse-D-Adressen: permanente und temporäre. Jede permanente Gruppe hat auch eine permanente Gruppenadresse.
Temporäre Gruppen müssen vor der Nutzung erstellt werden, wobei jeder Host die Mitgliedschaft einer bestimmten Gruppe beantragen kann.
Multicasting wird durch spezielle Multicast-Router implementiert, welche auch neben "normalen" Routern existieren können. Dieser Multicast-Router sendet einmal pro Minute einen Broadcast an die Rechner in seinem LAN, welche ihm dann mitteilen, in welcher Gruppe sie Mitglied sind. Diese Kommunikation erfolgt über IGMP (Internet Group Management Protocol), welches grob ICMP entspricht.
4.6 Fragmentierung
Jedes Netzwerk gibt Höchstwerte für Paketgrößen vor, die von mehreren Faktoren abhängen (z.B.: Hardware, Standards, Protokolle, Betriebssysteme,...).
Daher kommt es zu Problemen wenn großes IP-Paket auf ein Netz trifft, wo es die physische Maximalgröße überschreitet. Aus diesem Grund wird den Routern erlaubt, das Paket in mehrere Fragmente zu unterteilen. Schwierigkeiten entstehen hier natürlich bei der Zusammensetzung des Paketes am anderen Ende. Weiteres zu diesem Thema ist im Referat "Fragmentierung" zu finden.
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