6. Internet-Working

Ausgangspunkt:

ARPA:

Advanced-Research-Project-Agency (Defense ARPA: DARPA) - Ende der 60er Jahre vom DoD USA initiert, Aufbau Arpanet 1969 mit gemieteten Telefonleitungen, ARPA Internet - rein zivile Nutzung, Verbreitung an Hochschulen, Universitäten, Forschungslabors, Entwicklung der Internet-Protokolle TCP/IP

Grundlegende Protokolle:

TCP: Transmission Control Protocol, verbindungsorientierter Transportdienst
IP: Internet Protocol, verbindungsloser Internetworkingdienst

Ziel:
Verbindung heterogener Computersysteme über unterschiedlichste Netzwerke

Weltweite Verbreitung durch Einbindung in UNIX-Version Berkley (BSD) 1982. Die TCP/IP-Stacks von SUN OS4.x von SUN, SRV4 von AT&T und IBMs AIX3.2 sind Derivate der BSD-Implementation.

Internet-Protokolle:

Verwaltungsstrukturen im Internet:

IAB: technisches Überwachungs- und Koordinierungsorganisation
IETF: offenes Forum von Netzwerkherstellern, Betreibern und Anwendern, Arbeitsbereiche bzgl. Protokolle, Dienste usw.
IESG: bestehend aus Leiter der IETF-Bereiche + IETF-Präsident., Koordinierung
IRTF: Vertritt im Gegensatz zu IETF technischorientierte Problemstellungen

RFC 791 - IP-Protokoll:

mehr als 1000 RFC's heute;
Gebiete:
Netzwerkmanagement (SNMP, SNMP2)
Informationsdienste (NN, Gopher, Archie, WWW)
Multimediamail (MIME)
Multimedia
Dateisysteme (NFS,NIS)
Window-Systeme (X-Window)
Verteilte Anwendungen (RPC, XDR)
usw.
Erste Dienste im Internet

Entwicklung der TCP/IP-Protokolle (Dienste): TELNET, FTP, SMTP, DNS

weiterhin:

Network-File-System NFS von SUN - transparente netzweite Dateiverwaltung im lokalen Netz, 1988
NIS (YP)- Network Information System: Nutzer- und Zugriffsverwaltung netzweit
SNMP- Simple-Network-Management-Protocol 1988,
IPnG, RSVP, IP over ATM, HTTP, HTML
Anzahl im Internet verbundener Netzwerke:
1980: 10
1990: 1000
1997: 1.000.000
6.1. Internet-Architektur

ursprüngliche Einteilung der Protokolle in 4 Schichten:

Schnittstellenschicht (Netzwerk-): beschreibt die Physik und Verbindungstechniken für Datenübertragung auf Hardwareebene
Internetschicht: beschreibt Verbindungstechniken für die Verbindung von Netzen
Transportschicht: beschreibt Ende-zu-Ende-Techniken, die zu zuverlässiger Kommunikation zwischen zwei Rechnern führt
Anwendungsschicht: beschreibt die Techniken, die die Dienste zur Verfügung stellen
Grundlegende TCP/IP-Protokolle:

Multiplexing und Demultiplexing im Internet-Modell:

Die Kommunikationsprotokolle verwenden die Multiplexing- und Demultiplexing-Technik durch die Schichten-Hierarchie. Beim Senden kodiert der Sender zusätzlich den Message-Typ, das Quellprogramm und den Protokolltyp hinzu. Beim Transfer können dann viele Quellpakete in einen Paketstrom transportiert werden, das Empfängerprotokoll auf der Zielmaschine verwendet diese Extra-Informationen , um die Daten zum zugehörigen Zielprozess zu leiten.

Internet-Schichtenprinzip mit Zwischenknoten:

Übertragungsart bei derartigen Kopplungen:

Ende-Ende-Übertragung:
Die Nachrichten werden von der Quellstation (in dem einen Netz) bis zur Zielstation im anderen Netz direkt übertragen.
Netzwerk-Netzwerk-Übertragung:
Es erfolgt nur eine Übertragung zwischen den Netzen. Die Netzunterschiede werden im Kopplungssystem abgefangen.
Varianten von Kopplungssystemen:

Repeater
Ein Repeater koppelt Netze auf der physikalischen Ebene. Er dient der Signalverstärkung auf dem Übertragungskanal (nur bedingt als Kopplungssystem anwendbar).

Brücke (bridge)
Eine Brücke verkoppelt zwei homogene Netze. Die Kopplung umfaßt die Schichten 1 und 2. Die Brücke koppelt nur auf den unteren beiden Ebenen. In höheren Schichten müssen in beiden Netzen die gleichen Protokolle genutzt werden.

Internetz-Router
Ein Router verkoppelt zwei Netze über die Ebenen 1-3. Dazu wird ein Internetz-Protokoll verwendet, das in allen verkoppelten Netzen in der Ebene 3 den gleichen Dienst bereitstellt.

Zwischen dem Netz und dem Router werden jeweils verschiedene Protokolle abgearbeitet. Die Internetzschicht "überdeckt" diese Unterschiede. Oberhalb der Internetzschicht müssen in den verkoppelten Netzen die gleichen Protokolle genutzt werden.

Beim Internet-Router existieren die Varianten der verbindungslosen und der verbindungsorien-tierten Übertragung. Im folgenden werden Einsatzformen von Routern beschrieben.

Brouter:
Sie stellen eine Kombination von Bridge- und Router-Funktionalität in einem Gerät dar. Dabei ist eine Wahl zwischen Bridge- oder Router-Funktionalität je Port möglich bei sogenannten Multiport-Broutern.

Multiprotokoll-Router (Multiport):
Bei dieser Kopplungsform wird das Gesamtnetz betrachtet und behandelt als Menge von verschiedenen (LAN's, MAN's,WAN's) Einzelnetzen, als sogenannter Verbund über Internet-Working (Schicht 3).

Ein Produkt für diese Routerart sind die CISCOs, die 16 Protokolle unterstützen (u.a. für die LAN-Standards: Ethernet, Token Ring, FDDI, usw., bzw. für die WAN-Standards: TCP/IP, SNA, X.25, DECnet, IPX, und DQDB).

6.2. Internet-Adressen

Die Hosts in einem Internet sind eindeutig adressiert, unabhängig von der Adressierung in dem konkreten physikalischen Netz.

Beispiel: Betrieb TCP/IP auf Ethernet

Ethernet-Adressen: 6 Byte (08-00-14-F1-05-92)
IP(Internet)-Adresse: 4 Byte (123.45.231.7)
Die jetzige Version 4 des IP-Protokolls ist mit ihren 16-Bit Adressen und der Internet-typischen hierarchischen Adreßstruktur in der Lage, theoretisch 4 Milliarden Hosts in ca. 16,7 Millionen Netzwerken zu adressieren.

Das Protokoll-Modell des TCP/IP beinhaltet daher zwei Schnittlinien, die berücksichtigt werden müssen:

Das Anwendungsprogramm verwendet ebenso wie die Protokollsoftware ab IP-Schicht aufwärts nur IP-Adressen; die Netzwerkschicht arbeitet mit physikalischen Adressen.

Eine 32-Bit-IP-Adresse hat beispielsweise die interne Bitform:
10000000 00001010 00000010 00011110

und wird geschrieben als
128.10.2.30

Im einzelnen gelten für die jeweiligen Adressenklassen folgende Adreßwertebereiche:

Klasse
niedrigster Adreßwert
höchster Adreßwert
A
0.1.0.0
126.0.0.0
B
128.0.0.0
191.255.0.0
C
192.0.1.0
223.255.255.0
D
224.0.0.0
239.255.255.255
E
240.0.0.0
247.255.255.255

Abbildung der Internet-Adressen auf die jeweilige physische Adresse:

Internet-Adressen müssen auf Hardware-Adressen abgebildet werden und umgekehrt. Beim Ethernet nimmt das Adress Resolution Protocol (ARP) die Abbildung von Ethernet auf Internet-Adressen vor. Das ARP führt anfangs eine leere Tabelle von E-Adr.-IP-Adr.-Paaren. Im folgenden ist ein Beispiel einer ARP-Tabelle angegeben.

Internet - Adresse
Ethernet-Adresse
141.44.28.03
04-78-23-10-DF-0E
89.241.5.146
08-00-14-F1-05-92

Die IP-Adresse wird im UNIX in der Verwaltungsdatei /etc/hosts geführt. Auf jedem Host sind darin alle anderen Host-IP-Adressen des Netzes (lokalen Bereichs) enthalten.

Zur Ermittlung einer unbekannten Ethernet-Adresse eines entfernte Hosts mit fest-gelegter IP-Adresse wird vom ARP ein Broadcast-Paket ins Netz gegeben an alle. Auf dieses Paket antwortet nur der betreffende Host und sendet seine Ethernet-Adresse zurück, und ARP erweitert seine Tabelle. (RARP (Reverse ARP) wird bei festplattenlosen Rechnern (sogenannten diskless machines) verwendet, um die IP-Adresse zu ermitteln.)

Die Internet-Adressen beziehen sich auf Hosts, diese wiederum laufen durch Applikation in Prozessen. Diese Prozesse haben eine periphere Verbindung (physisch) über Ports und logisch über Sockets (sogenannten Halbverbindungen von nur einer Kommunikationsseite (Protokoll, IP-Adr., Port)).

Die Prozeßverbindung hat im Internet insgesamt die folgende Struktur.

Das IP-Protokoll:

Das Internet IP-Protokoll ist das zentrale Protokoll der TCP/IP-Familie (RFC 791). Es ist für die verbindungslose Übertragung und garantiert selbst nicht die korrekte Zustellung der Datagramme (Pakete).

Der Protokollkopf (IP-Header) hat folgenden allgemeinen Aufbau (IHL - Headerlänge):

0
1
2
3
0 1 2 3 4 5 6 7
0 1 2 3 4 5 6 7
0 1 2 3 4 5 6 7
0 1 2 3 4 5 6 7

Version
IHL
Servicetypen
Paketlänge
Identifikation
Flaggen
Fragmentabstand
Lebenszeit
Protokoll
Kopfprüfsumme
IP - Senderadresse
IP - Epfängeradresse
Optionen
Füllzeichen

Benutzerdaten

Das IP-Protokoll führt eine Lebensdauerüberwachung durch. Diese ist notwendig, wenn Pakete ihr Ziel nicht erreichen (z. B. durch Fehler bei Hosts, Netzverbindungen, Routern oder in Teilnetzen). Sonst würde ein Paketstau bei unbegrenzter Verweilzeit im Netz entstehen.

Das ICMP-Protokoll:

Da das IP-Protokoll nicht garantiert, daß die Pakete ihr Ziel erreichen, ist das ICMP - Internet-Control-Message-Protocol notwendig und ist andererseits ohnehin Teil jeder IP-Implementierung.

Typische ICMP-Nachrichten:

Das ICMP hat Header von 8 Byte, welcher die Art der jeweiligenICMP-Message spezifiziert.

Das TCP-Protokoll:

Das TCP ist ein Protokoll für die verbindungsorientierte Übertragung der Schicht 4. Es garantiert Punkt-zu-Punkt-Verbindung zwischen zwei Hosts und die Fehlerfreiheit der übertra-genden Pakete. U. a. wird dabei die Reihenfolge der übertragenden Daten wiederhergestellt. Die Flußkontrolle basiert auf der Ende-zu-Ende-Übertragungsform. Der TCP-Header hat den folgenden allgemeinen Inhalt.

0
1
2
3
0 1 2 3 4 5 6 7
0 1 2 3 4 5 6 7
0 1 2 3 4 5 6 7
0 1 2 3 4 5 6 7
Sender - Port
Empfänger - Port
Sequenznummer
Quittungsnummer
D.-Abstand
reserviert
Flaggen
Fenstergröße
Prüfsumme
Urgent-Zeiger
Optionen
Füllzeichen

Benutzerdaten

TCP verwendet Verbindungen, nicht Protokoll-Ports, zur direkten Adressierung. Die Verbindungen werden identifiziert durch ein Paar von Endpunkten (IP-Adresse, Port-Nr.).

Eine gegebene TCP-Port-Nummer kann also in mehreren Verbindungen parallel benutzt werden, wie beispielsweise in der Verbindung: (128.9.0.32, 1184) , (128.10.2.3, 53) aber auch in der Verbindung (128.9.2.245, 1184) , (128.10.2.3, 53). Beispiele für standardisierte Port-Nummern sind:

Portnr.
Keyword
Unix keyword
Beschreibung
0
reserviert
1
TCPMUX - TCP Multiplexer
5
RJE -Remote Job Entry
11
USERS systat aktive Nutzer
13
DAYTIME daytime Tageszeit
15
- netstat Netzwerkstatusprogramm
21
FTP ftpFile Transfer Protocol (s. u.)
23
TELNET telnet Terminal-Verbindung
25
SMTP smtpSimple-Mail-Transportprotokoll
42
NAMESERVER nameserver Name Server des Host
43
NICNAME whois aktueller Nutzer
103
X.400 x400x.400-Mail-Service
119
NNTP nntpUSENET-News-transfer-Protokoll
129
PWDGEN - Paßwortgenerierungsprotokoll
160-223
reserviert

Das UDP-Protokoll

Das UDP ist ein Protokoll für den verbindungslosen Dienst der Transportschicht (OSI-Schicht 4). Es garantiert nicht die sichere Zustellung des Paketes und auch nicht die Einhaltung der Paketreihenfolge. Es ist ein i.a. sehr schnelles Protokoll und effizient auf Netzen mit sicherer Datenübertragung.

Der Aufbau der UDP-Headers ist folgendermaßen:

0
1
2
3
0 1 2 3 4 5 6 7
0 1 2 3 4 5 6 7
0 1 2 3 4 5 6 7
0 1 2 3 4 5 6 7
IP - Sendeadresse
IP - Empfängeradresse
Leer
Protokoll
UDP-Paketlänge
Sendeadresse
Empfängeradresse
Länge
Prüfsumme
Benutzerdaten

Das UDP wird beispielsweise genutzt zur Implementierung des verteilten Dateisystems für lokale Netze NFS von SUN mit Hilfe sogenannter RPC- Remote procedure call (OSI-Schicht 5) und dem XDR- eXternal data representation (OSI-Schicht 6).

Unterschiede zwischen X.25- und Internet-Architektur:

hinsichtlich der Zuverlässigkeit:
Beide liefern einen zuverlässigen Datentransferdienst. Das X.25-Protokoll entdeckt und behandelt Fehler in allen Schichten, während TCP/IP die Zuverlässigkeit nur in der Transportschicht gewährleistet.

hinsichtlich der Steuerung:
Während X.25 Netzwerke, die X.25 verwenden , davon ausgehen, daß X.25 einen Transport-dienst liefert, muß der Host beim TCP/IP bei allen Netzwerk-Protokollen mitarbeiten.

Das IGMP-Protokoll:

Das IGMP (Internet Group Management Protocol) dient dem Multicast, also der Kommunikation verschiedener (logischer) Rechnergruppen innerhalb (heterogener) Rechnernetze.

Für diese Form wurde das IP um das IGMP erweitert. Das IP wurde um drei "Level" erweitert und zwar

Level
Bedeutung
0
Host kann IP-Multicast weder senden noch empfangen
1
Host kann IP-Multicast senden aber nicht empfangen
2
Host kann IP-Multicast senden und empfangen

Das Interenet-Domain-Name-System (DNS)

Im allgemeinen erzeugt die Internet-Adressierung eine "flache" Namensstruktur, d. h. eine Menge von Host-Adressen. Für eine bessere Mnemonik wurde eine Namenshierarchie eingeführt, die sogenannte "Domänen" zusammenfaßt. Innerhalb dieser Domänen werden mittels Domain Name Server die Eindeutigkeit der Namen und deren Vergabe überwacht. Beispiele für derartige Domänennamen sind:

Name
Bedeutung
com
kommerzielle (nordam.) Organisationen
edu
Ausbildungseinrichtungen
gov
(nordam.) Regierungsinstitutionen
net
Hauptzentrum für den Netzdienst
org
(nordam.) weitere Organisationen
arpa
APRANET
int
internationale Organisationen
ca
Kanada
de
Deutschland
nl
Niederlanden
uk
Großbritannien
it
Italien
usw.

Die Namen sind gemäß der Hierarchie durch Punkte getrennt. Weitere Beispiele sind:

Fakultät für Informatik: cs.uni-magdeburg.de
Institute: {isg,iti,iws,ivs}.cs.uni-magdeburg.de

Spezielle E-Mail-Adressen (s. u.) für die Fakultät für Informatik sind:

Dekanat: dekanat@cs.uni-magdeburg.de
Prüfungsamt: pramt@cs.uni-magdeburg.de
Fakultätsrat: fakrat@cs.uni-magdeburg.de

Informationen zur Fakultät finden man unter der WWW-Adresse (s. u.):

http://www.cs.uni-magdeburg.de

6.3. Internet-Anwendungssysteme

Insbesondere durch die Implementation der Nutzeroberfläche des ersten Internet-Browsers (NCSA-Mosaic, 1993) erreichte das Internet in den 90-er Jahren eine außerordentlich weite Verbreitung (ca. alle 8 Sekunden geht heute eine neue Web-Seite ans Internet).

Internet-Zugangsformen:

(an der Universität Magdeburg einfach über den eigenen Account möglich (i. a. den Netscape-Browser aufrufen!), mit einer Netzanbindung von 34 Mbps.)

T-Online
T-Online (Telekom-Online) ist ein von der Deutschen Telekom angebotener Zugang zum Internet, der im allgemeinen mit einem ISDN-Anschluß verbunden ist.

Unabhängige Internet-Provider
Dabei handelt es sich um lokale Netzdiensteanbieter, die einen Internet-Zugang unter "lokalen" (Telefonkosten-) Bedingungen ermöglichen.

CompuServe
CompuServe ist ein nordamerikanischer Netzdiensteanbieter. Typisch für die E-Mail-Adressen sind deren nichtmnemonische (zahlenmäßige) Form.

AOL
AOL steht für American OnLine Netzwerk und ist der weltweit größte Online-Dienstanbieter.

MSN
MSN ist das Netzwerk von Microsoft und ist in dessen jeweiligen Betriebssystemen, wie zum Beispiel Windows 95 anwendbar.

Im folgenden werden einige Internet-Anwendungssysteme (zusammengefaßt unter dem Begriff Internet-Working) dargestellt.

Remote Login

Das Remote Login (als "entferntes Einloggen") dient der Erstellung einer Telnet-Verbindung. Dabei ist das Unix-Kommando rlogin hostname anzuwenden bzw. der entsprechende Dienst im Browser auszuwählen. Voraussetzung ist die Zugangsberechtigung zum entfernten Host. Nach dem Rlogin wird per "login" der Nutzername und per "password" das Paßwort seines Accounts abgefragt. Mittels logout wird die Verbindung wieder gelöst.

Diese Verbindung kann auch direkt mittels telnet hergestellt werden. Einige Telnet-Kommandos sind dann beispielsweise:

Kommando
Bedeutung
open Verbindungseröffnung
close Verbindungsabbruch
display Displayparameter für beispielsweise einer Display-Emulation
quit Telnet-Beenden
?Help-Informationen

FTP

FTP (File TransPort) dient der Übertragung bzw. dem "Holen" (Downloading) von Files über das Internet. Die verschiedenen Betriebssysteme bieten dazu unterschiedliche FTP-Anwendungen an. FTP wurde und wird als Service für jeden Internet-Nutzer verwendet, sich Dokumentationen, Publikationen und Programme in dieser Form "herunterzuladen".

Anonymous FTP

stellt den Service eines File Servers dar, bei dem über die eigene (E-Mail) Adresse als Paßwort einfach zugegriffen werden kann

File-Formate

Für die File-Übertragung ist das Fileformat - insbesondere hinsichtlich deren Kompatibilität - eine wichtige Charakteristik. Folgende File-Modi sind gebräuchlich:

File
Modus
Textfile
per def. ASCII
Spreadsheet
i. a. binary
Datenbankfiles
i.a. binary, möglich: ASCII
Programmcode
ASCII
E-Mail
ASCII
Unix-tar-file
binary
Postscript-File
ASCII

Einige Befehle bei der kommando-bezogenen FTP-Anwendung lauten:

Kommando
Bedeutung
open Verbindung zum gerufenem Host (lt. Parameter)
close Schließen einer FTP-(Sub-)Verbindung
quit Verbindung (alle open's) unterbrechen
ascii File-Modus ASCII
binary File-Modus Binary
cd, dir, delete analog MS-DOS bzw. Unix
mget Übertragung (Anforderung) einer File-Menge
mput Sendet File-Menge zum verbundenen Host
user Übergabe der Nutzerbezeichnung an den verbun-

denen Rechner

pwd zeigt den Namen des aktuellen Verzeichnisses auf

dem verbundenen Host an

account Eröffnung weiterer Sitzung innerhalb der FTP-

Verbindung

help Hilfefunktion

Im folgenden ist das Layout der Solaris-FTP-Komponente angegeben. Die oben genannten Befehle werden im allgemeinen über Buttons und Mausklick initiiert.

E-Mail

E-Mail (Electronic Mail) ist eine der ältesten Dienste im Internet. Die Grundlage für das Versenden und Empfangen von Nachrichten ist die E-Mail-Adressierung in der folgenden sogenannten Bitnet-Form:

nutzername@host

Die Groß- und Kleinschreibung ist dabei im allgemeinen irrelevant. Gebräuchliche Adreßformen sind:

Netzart
E-Mail-Adressenbeispiel
Bitnet
pramt@cs.uni-magdeburg.de
CompuServe
75557.437@compuserve.com
Fidonet
hans.meier%domaene@fidonet.org
UUCP
lehmann@host4.uucp

Die grundlegenden Funktionalitäten bei der E-Mail-Nutzung beschreibt das folgende hierarchische Schema.

Das Layout des Mail-Tools des Solaris-Betriebssystems zeigt das folgende Bild.

GOPHER

Gopher ist ein "klassisches" Navigationssystem für die Informationssuche im Internet, welches immer mehr von neueren Internet-Browsern verdrängt wird. Das Solaris-Layout des Gopher-Tools zeigt das folgende Bild.

ARCHIE

Archie ist analog dem Gopher ein Internet-Informationsdienst, der eine Suche in bestimmten (vordefinierten) Themenbereichen erlaubt. Im folgenden ist auch hier das Solaris-Layout von Archie angegeben. Eine spezielle indexbezogene Suche stellt wiederum WAIS zur Verfügung.

NetNews

Network News ist ebenfalls eine "klassische" Form des Austausches von themenbezogenen Nachrichten in sogenannten Newsgroups. Derartige Newsgroups sind beispielsweise:

Newsgroup
Thematik
comp
Informatik allgemein
news
Themen/Meinungen zum News-System selbst
rec
Hobbybereiche
lang
Programmiersprachen
de
gesellschaftliche Aspekte Deutschlands
biz
Diskussion im Geshäftsbereich
alt
Diskussion zu Alternativen in speziellen Bereichen

Diese Hauptthemengruppen sind dann jeweils weiter unterteilt in der Notation

hauptheme.teilthema.spezialthema. ...

Die ursprüngliche Kommandoform von NetNews (NN) wird auch ierbei kaum genutzt und über ein Window-Layout realisiert. Im folgenden wiederum das Solaris-Layout des NN-Tools TIN.

Neben dem NetNews verbreitet sich immer mehr das (i. a. nichtthemenbezogene) Chatten mit Hilfe des Internet Relay Chat (IRC).

WWW

Die Grundlage des World-Wide-Web (WWW) ist das HTTP-Protokoll (Hypertext Transfer Protocol), welches die Hypertexte, die in der sogenannten HTML-Sprache (Hypertext Markup Language) geschrieben sind, über das URL (Uniform Resource Locator) lädt und anzeigt. Diese Hypertexte ermöglichen Ansätze einer Interaktion. Die erweiterte Interaktion und Realisierung von multimedialen Anwendungen wird durch das JAVA-System, deren Sprache, deren Klassenbibliotheken und der relativ rechnerunabhängigen Verarbeitung über eine virtuelle Maschine erreicht. Im folgenden ist die WWW-Seite der Fakultät angegeben.

WWW wurde an der Universität Magdeburg erstmals im August 1994 für das SMLAB eingeführt. Die oben genannten Themen sind Inhalt der Lehrveranstaltung Hypermediale Kommunikationssysteme.


WWW-Links zu diesem Kapitel: