TCP/IP

Teil 1    (Teil 2: Workshop TCP/IP für Anfänger)

moderiert und referiert von Ron Hendrik Fulda und Jan Haul.

Vielleicht aufgrund des ausgefallenen Parallelworkshops war diese Veranstaltung derartig stark besucht, daß schon zum offiziellen Beginn um 11.00 Uhr fast keine (kindergartenkleinen) Stühle mehr zur Verfügung standen. Weil der geplante Referent (Ulf Zimmermann) nicht anwesend war, begann der Workshop mit 15 Minuten Verspätung unter der Leitung von Ron und Jan.

Zunächst wurde die Frage gestellt, wozu Netzwerkprotokolle wie TCP/IP eingesetzt werden. Sie dienen zur betriebssystemunabhängigen Datenübertragung zwischen Computern und erfüllen dabei auch noch die Funktionen der Verbindungskontrolle (Hallo? Ist da jemand?), Adressierung (Wo kommt das Datenpaket her, wie gross ist es und wo soll es hin?) und der Fehlerkorrektur. Fortgeschrittene Protokolle beherrschen auch das Routing (Auf welchem Weg kommt das Paket am schnellsten zum Empfänger?).

In diesem Teil zeigte sich bereits, daß alle Anwesenden in ihrer Computerpraxis schon TCP/IP benutzt hatten, die meisten jedoch, ohne sich darunter besonders viel vorstellen zu können. Um zu erklären, auf welche Art ein Netzwerkprotokoll im System integriert ist. Hierzu wurde das sogenannte 7-Schichten Modell verwendet:

• Die erste und unterste Schicht ist die physikalische Verbindung (der Übertragungsweg) zwischen den Computern, in den meisten Fällen die eine oder andere Art von Kabel (es kann auch ein Glasfaserstrang oder eine Funkverbindung sein). Diese Verbindungen werden teilweise Aufgrund ihrer Länge und einem damit verbundenen Leistungsverlust durch HUBs, MAUs oder REPEATER verstärkt.
  
• Die zweite Schicht bezeichnet die Topologie der Verkabelung und die Zugriffsweise der Rechner auf das Netz. Hat man einen logischen Strang mit zwei offenen Enden, auf den jeder Rechner zugreifen kann, sobald er frei ist, so hat man die im Ethernet verbreitete zweite Schicht. Hat man dagegen einen logischen Ring, in dem jeder Rechner zu einem definierten Zeitpunkt über einen sogenannten Token auf das Netz zugreifen kann, so hat man z.B. die im Token-Ring-System verwendete zweite Schicht.
  
  Physikalisch besteht ein Ethernet-System aus einem Kabel, an dem Rechner mittels eines einfachen Stranges aufgeschaltet sind, und an dessen offenen EndenTerminatoren (Wiederstände) eine Datenreflexion verhindern. Unterbricht man das Kabel an einer Stelle, so kann keiner der Rechner mit einem anderen kommunizieren. Dem kann man im Ethernet durch die Verwendung eines HUBs vorbeugen, der den Kabelstrang nach jedem Rechner wieder aufnimmt, so daß physikalisch das Kabel wie in einem Sternsystem geführt wird, logisch aber immer noch einen Einzelstrang mit offenen aber terminierten Enden darstellt. Der HUB kann nun erkennen, wenn irgendwo ein Kabeldefekt vorliegt und den betroffenen Kabelteilstrang samt Rechner aus dem Reststrang herausnehmen, so daß die übrigen Rechner in ihrer Kommunikation nicht beeinflußt werden und der Kabelstrang weiterhin logisch linear verläuft. Desweiteren arbeiten HUBs auch als Signalverstärker; einige können auch als Router arbeiten und so entscheiden, in welche Richtung Datenpakete am Besten gesendet werden, um schnell zum Empfänger zu gelangen.
  
  Im Token-Ring-System sitzt zentral eine MAU, die mit jedem Rechner über ein Hin- und ein Rückkabel verbunden ist. Physikalisch ergibt sich ein sternförmiger Kabelstrang von der MAU zu den Rechnern, logisch erhält man einen ununterbrochenen Ring (mit gewelltem Rand). Die MAU kann hierbei bei einem Kabeldefekt den Rechner am defekten Strang abklemmen, so daß die restlichen Rechner immer noch über einen ununterbrochenen Ring verfügen und miteinander kommunizieren können.
  
• Die dritte Schicht beschäftigt sich mit dem Problem: Wie packe ich die Datenpakete, wie verwalte ich Absender- und Empfängeradresse (die Absenderadresse wird für die Rückmeldung bei Fehlern benötigt).
  
  Protokolle, die in dieser Ebene eingesetzt werden sind: TCP/IP, SPX/IPX, NETBios, X25, Framerelais, SNA, Appletalk, ...
  
  Diese Protokolle können für sich alleine stehen oder miteinander kombiniert, bzw. ineinander verschachtelt werden. Im Workshop wurde hauptsächlich das TCP/IP = Transfer Control Protocol / Internet Protocol betrachtet.

Was ist nun TCP/IP?

Vereinfacht besteht es aus zwei Schichten, die untere, das IP, kümmert sich um die Adressierung und die Zustellung der Datenpakete, darauf liegt das TCP, das die Verbindung zwischen den beteiligten Rechnern kontrolliert, die korrekte Zustellung und Zustellungsreihenfolge der Datenpakete managt.

In der unteren Schicht des IP leigt auch das ICMP, das Internet Control Message Protocol als Teil von IP; z.B. arbeitet das Dienstprogramm Ping als eines von wenigen Programmen mit ICMP-Echo.

Im TCP eingebettet liegt ein funktionell begrenztes Protokoll, das UDP = User Datagramm Protocol, es kümmert sich lediglich um die Verbindung zwischen den Rechnern, kontrolliert aber keine Zustellverifikation oder Paketgröße. Es wird z.B. von Nameservern für die erste Kontaktaufnahme verwendet.

Im IP erfolgt die Adressierung im Format aaa.bbb.ccc.ddd:pp, wobei aaa bis ddd für 4 Byte dezimale Adresse und pp für 16 Bit Portnummer stehen.

Eine komplette IP-Adressierung enthält für den Absenderrechner 4 Byte Adresse und 2 Byte Absenderanwendungsport und das gleiche noch einmal für den Empfangsrechner.

Die Adresse unterteilt sich in verschiedene Teile: Netz-Adresse und Host-Adresse, wobei die Grenze variabel ist. Anhand der Netz-ID leiten die Router die Nachrichtenpakete in die richtige Richtung weiter.

Diese Adressen sind weltweit eindeutig! Allerdings ist durch den begrenzte Anzahl der verfügbaren Adressen auch die Anzahl der angeschlossenen Rechner limitiert. Deshalb soll in naher Zukunft die Adressierung von IP4 (4 Byte) auf IP6 (6 Byte) umgestellt werden, was der Expansion des Internets eine zumindest mittelfristige Zukunft gewährt.

Die etwas kryptisch zu lesenden Ziffernfolgen der IP-Adressen bilden hierbei einen physikalischen Namensraum, die meist geläufigeren Domain-Namen einen logischen Namensraum. Der physikalische Adressraum ergibt sich, da alle an einen Server angeschlossenen Rechner im gleichen Ziffernbereich zumindest eines Bytes der IP-Adresse liegen, während sich der logische Namensraum durch den Namen einer Domain ergeben, die durch Nameserver frei definierten Rechnern zugeordnet werden, auch wenn sie an unterschiedlichen Enden des Erdballs liegen.

Die bis zum Ende konstant ca. 50 Teilnehmer liessen sich nur mit Mühe bewegen, nach der bereits 45 minütigen Überziehung des geplanten Zeitrahmens den Raum für den nächsten Workshop freizumachen. Nach einer kurzen Pause wolte man sich in einen anderen Raum zu vertagen. Da dieser aber kurzfristig belegt war, mußte der zweite Teil auf den Nachmittag verschoben werden.

Teil 2

Workshop: TCP/IP für Anfänger
referiert und moderiert durch Ulf "ALF" Zimmermann

 Zu Beginn erfolgte eine ungefähre Wiederholung des ersten Teils in Kurzform. Trotz der Zweiteilung des Workshops und war die Teilnehmerzahl mit ca. 40 Teilnehmern für mich überraschen hoch.

Gleich zum Anfang zeigte sich aber, daß unterschiedliche Referenten durchaus unterschiedliche Meinungen zu den selben Themen haben können: U. Zimmermann stellte das TCP/IP-Protokoll abweichend vom 7-Schicht-Modell als ein nur 4-Schichtiges Modell dar. Die erste Schicht ist der physikalische Link zwischen den Rechnern (das Kabel), die zweite Schicht ist das Netzwerk mit seinem physikalischem Aufbau und der IP-Adressierung. Die dritte Schicht wird durch den Mailtransport über TCP gebildet und die vierte Schicht stellen die darauf zugreifenden Applikationen (Userprozesse) wie z.B. FTP, Telnet oder e-Mail. Dabei sind die Ebenen 1-3 durch das Betriebssytem vorgegeben oder an dieses gebunden und die vierte Schicht setzt relativ unabhängig von den Schichten 1-3 darauf auf, sie müssen nichts voneinander wissen.

Im Anschluß wurden die verschiedenen Header der verschiedenen Protokolle im Detail vorgestellt. Darauf wurde der Aufbau einer Verbindung zwischen zwei Rechnern genauestens erklärt, wobei unterschiedliche Kommunikationsvarianten veranschaulicht wurden. Einen Unterschied gibt es zum Beispiel zwischen HTTP-Zugriffen, die nach Übertragung jedes Dokumententeils komplett abgebrochen werden, und FTP-Zugriffen, bei denen zu Beginn eine Kontroll-Verbindung eröffnet wird, die während der gesamten FTP-Sitzung bestehen bleibt. Der Request wird dabei als TCP-Verbindung ausgeführt, während z.B. die Antwort auf einen derartigen FTP-TCP-Request für das Kommando "DIR" als FTP-Daten-Verbindung zurückgesendet wird. Die Anzahl der Kontroll-Verbindungen limitiert die Anzahl der eingeloggten User auf einem derartigen Dienst, da für eine Kontroll-Verbindung uch immer ein Daten-Verbindungs-Anteil reserviert wird.

Danach ging es um die Domain Name Server (DNS), die den physikalischen IP-Adressen im oben erwähnten 4-Byte-Format leicht zu merkende Namen wie "www.yahoo.com" zuordnen. Der Aufbau der Behandlungs-Hierarchie bei einer Anfrage an einen DNS wurde erläutert, wobei auch Sätze wie "Je niedriger die Priorität ist, umso höher ist sie." nicht mehr zur Erheiterung des inzwischen um zwei Drittel geschrumpften Publikums führten. Es folgten Ausführungen zur allgemeinen Hierarchie von IP-Adressen, dem genauen Vorgehen beim Lookup nach IP-Nummern bzw. Reverse-Lookup nach Domain-Namen. Daran schlossen sich Erläuterungen zur allgemeinen Netzwerk-Domain-Hierarchie, der Beurteilung der Provider-Geschwindigkeiten, dem Ablauf von Domain-Registrierungen und Verwaltungen an.

Ich schloß mich den vorangegangenen zwei Dritteln der Hörerschaft an und verließ den Workshop nach zweieinviertel Stunden um 19.15 Uhr, da er zu diesem Zeitpunkt nichts mehr mit dem eigenlichen Thema zu tun hatte.

Empfehlenswerte Literatur zum Thema, lt. U. Zimmermann:

W.R.Stevens: TCP/IP illustrated Volume 1; Addison-Wesley (Grundlagenbuch zur Programmierung)
C. Hunt: TCP/IP Netzwerk Administration; O-Reilly (Grundlagenbuch z.B. zur Web-Serververwaltung)

Derk Marko Reckel

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