Netzwerke (Fach) / C. Sitzungs-, Darstellungs- und Anwendungsschicht (Lektion)

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• Schicht 5 bis 7 -Die Schichten 5 bis 7 sind anwendungsorientiert. Hier werden z.B. die Prozesskommunikation zwischen zwei Systemen abgewickelt, sind Datenkompressions-und -übersetzungsverfahren angesiedelt und wird der Zugriff von Anwendungen auf das Netzwerk geregelt. -Der eigentliche Anwendungsprozess wird vom OSI-Modell nicht erfasst und in einigen Dokumenten als inoffizielle Schicht 8 bezeichnet. -Was zu welcher Schicht gehört, ist nicht immer eindeutig und wird in verschiedenen Unterlagen unterschiedlich dargestellt. So wird z.B. http von Tanenbaumden Schichten 5 bis 7 zugeordnet, die englische Wikipedia sieht es nur in Schicht 7. -Im folgenden wird eine Zuordnung von Diensten und Protokollen zu einzelnen Schichten nicht weiter vorgenommen.
• DHCP -Um in einem IP-basierten Netzwerk Kontakt mit anderen Rechnern aufnehmen zu können, benötigt jeder Computer zumindest eine eigene, eindeutige IP-Adresse und die passende Netzwerkmaske. -Je größer das Netzwerk wird und je mehr verschiedene Rechnerplattformen darin vereint sind, desto höher ist der Aufwand für den Administrator: Wann immer ein neuer Rechner in das Netzwerk integriert wird, muss er zuerst konfiguriert werden. -Ändert einer der zentralen Server seine Adresse oder wird er auf eine andere Maschine verlegt, müssen alle Netzwerk-Clients umkonfiguriertwerden. Einen zweiter Aspekt bringen so genannte "nomadische" Systeme, z. B. Laptops und Tablets, die irgendwo ins Netz eingebunden werden sollen. -Das Dynamic Host ConfigurationProtocol(DHCP) ermöglicht die Zuweisung der Netzwerkkonfiguration an Geräte durch einen Server. Es wurde im RFC 2131 definiert und nutzt die UDP-Ports 67 und 68. -DHCP ist dabei völlig unabhängig von der eingesetzten Plattform. Das heißt, es kann sowohl Windows-Maschinen wie auch Unix-oder Apple-Rechner, Smartphonesu.v.m. mit Netzwerkeinstellungen versorgen. -Allerdings werden DHCP-Anforderungen nicht geroutet. Damit Server und Clients in verschiedenen Netzen kommunizieren können, müssen auf den Gateways Relay-Agentseingerichtet werden. -DHCP ist der Nachfolger der älteren Protokolle RARP und BOOTP und behebt Schwächen dieser Protokolle.
• DHCP-Server -Das Pendant zum Client ist der DHCP-Server. Das ist ein Dienst, der auf unterschiedlicher Hardware laufen kann, z.B.:+auf einem Router im Heim-oder Firmennetz+auf einer Firewall+als Prozess auf einem Rechner im Netz -Clients suchen während der Initialisierung des Betriebssystems einen DHCP-Server und erhalten von diesem die erforderlichen Daten nach zuvor eingestellten Regeln. -Clients akzeptieren normalerweise Antworten von beliebigenDHCP-Servern. Sind mehrere Server erreichbar, die auch noch unterschiedliche Konfigurationen anbieten, ist das Verhalten des Netzes nicht vorhersagbar.
• Arbeitsweise von DHCP -Der Client sendet eine "DHCP Discover" Meldung ins Netz. Irgendein Server wird ihm dann mit "DHCP Offer" eine IP-Adresse anbieten. -Möchte der Client dieses Angebot annehmen, sendet er ein "DHCP Request", worauf der Server mit einem "DHCP Ack" antwortet. Nun kann der Host die erhaltene IP-Adresse benutzen. -Mit der Adresse hat der Client auch gleich noch eine Zahl mitbekommen, die angibt, wie viele Sekunden diese IP-Adresse gültig ist. Vor Ablauf dieser Zeit muss der Host (normalerweise automatisch) die Adresse noch einmal anfordern.
• DNS -Es hat sich ziemlich früh herausgestellt, dass menschliche Benutzer die numerischen IP-Adressen nicht benutzen wollen, sondern aussagekräftige und vor allem merkbare Namen bevorzugen. -Außerdem ist es ein großer Nachteil der IP-Adressen, dass aus ihnen keinerlei geographische oder organisatorische Information zu entnehmen ist. Man sieht einer Zieladresse nicht an, ob siein Australien oder im Nebenzimmer lokalisiert ist, außer man kennt zufällig die gewählten Zahlen. -Es wurde daher das Domain Name Systementwickelt, das den Aufbau von Rechnernamen und die Zuordnung von IP-Adressen zu diesen regelt. -DNS ordnet einem Namen eine IP-Adresse zu und umgekehrt. Es wurde u.a. im RFC 1034 und 1035 definiert und nutzt sowohl den UDP-Port 53 als auch den TCP-Port 53. -Die Informationen für das Internet werden in einer weltweit verfügbaren Datenbank vorgehalten und von DNS-Servern an Clients weitergegeben. Die Funktionsweise ist in etwa mit einer Telefonauskunft vergleichbar. -Eine Maschine mit einer IP-Adresse kann mehrere Funktionen haben und daher auch mehrere Namen, die auf diese Funktionen hinweisen. Genauso kann eine Maschine (z. B. ein Router) viele IP-Adressen haben, aber nur einen Namen.
• DNS-Server -DNS-Server (Nameserver) sind zunächst einmal Programme, die anhand einer verteilten Datenbank (Zone Files) die passende IP-Nummer zum DNS-Namen liefern, oder einen anderen DNS-Server fragen, wenn ihnen die Adresse unbekannt ist. Im allgemeinen Sprachgebrauch werden allerdings auch die Rechner, auf denen diese Software läuft, als Nameserver bezeichnet. -Clients stellen Anfragen an den DNS-Server, sobald sie einen Domänennamen in eine IP-Adresse umwandeln (auflösen) müssen. -Clients fragen die Server in der Regel in der Reihenfolge ab, in der sie in der Konfiguration angegeben werden. Die Angabe mehrerer Server dient dabei der Sicherheit, denn ohne Namensauflösung ist der sinnvolle Betrieb des Internets nicht möglich.
• Arbeitsweise von DNS -RekursiveNamensauflösung: Der Resolverübergibt die Aufgabe der Namensauflösung komplett an den DNS-Server. Wenn dieser den Domain-Namen nicht auflösen kann, fragt er selber bei weiteren DNS-Servern nach, bis der Domain-Name aufgelöst ist und die Antwort zurückgeliefert werden kann. Der Resolverübergibt die Antwort dann an das Anwendungsprogramm. -IterativeNamensauflösung:Die Iterative Abfrage an den ange-sprochenenDNS-Server liefert nur die Adresse des nächsten abzufragenden DNS-Servers zurück. Der Resolvermuss sich dann selber um die weiteren Anfragen kümmern, bis der Domain-Name vollständig aufgelöst ist.
• Namensauflösung -Damit die Namensauflösung funktioniert, muss auf allen beteiligten Systemen der Port 53(UDP und TCP) freigegeben sein. Blockiert ein Sicherheitssystem diesen Port, funktioniert die Namensauflösung nicht (beliebter Fehler). -Neben der automatischen Namensauflösung, z.B. im Internet-Browser, gibt es auch Hilfsprogramme, um dies manuell tun zu können. -nslookup gibt die IP-Adresse eines Domänennamens zurück. Das Programm ist z.B. Teil der Windows-Installation -dig liefert weitere Informationen. Das Programm gibt es in verschiedenen Versionen, auch als Freeware.
• NTP Das Network Time Protocolist ein hierarchisches Protokoll über das Zeit-Server untereinander eine gemeinsame Zeit ermitteln können. Es wurde im RFC 958 definiert und nutzt den UDP-Port 123. -NTP wurde entwickelt, um die Paketlaufzeiten im Netz messen und ausgleichen zu können. Der NTP-Dienst arbeitet parallel zur Systemuhr als eigenständige Uhr. Mit geeigneten Programmen kann die Systemuhr aber ebenfalls gestellt werden.
• NTP-Client Seit Windows 2000 verfügt Windows standardmäßig über den Dienst w32time, der Zeitserver abfragen kann.-Seit Windows XP wurde die Verwaltung in die Eigenschaften der Systemuhr integriert.-Das Abfrageintervall muss aber nach wie vor über den PolicyEditor oder direkt in der Registry geändert werden.
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• Telnet-Protokoll -Telnet (TelecommunicationNetwork) ist ein einfaches Protokoll, um mit einem Telnet-Client auf einen Telnet-Server zuzugreifen und dort Kommandos auszuführen.-„Der Sinn des TELNET-Protokolls besteht darin, eine ziemlich allgemeine, bidirektionale, 8-bit-pro-Byte-orientierte Kommunikations-möglichkeitzu bieten." (nach RFC 854)-"Telnet bietet Benutzern die Funktion von dem Ausführen von Programmen Remote und vereinfacht Remoteverwaltung. Telnet ist für praktisch alle Betriebssysteme verfügbar und erleichtert die Integration in heterogenen Netzwerkumgebungen."(Microsoft-Artikel 231 866) -Telnet verwendet das TCP-Protokoll, meistens auf Port 23. Das Protokoll selbst ist kommandozeilenorientiert: es werden nur ASCII-Zeichen zum Server übertragen und dort über eine virtuelle Konsole ausgeführt. Übertragene Zeichen werden bei Bedarf als "Echo" auf dem Bildschirm des Clients dargestellt.-Auf der Client-Seite ist eine entsprechende (Telnet-)Software nötig. Windows stellt das Programm telnet.exe schon in der Standard-installationbereit (nicht bei Serverversionen). Verschiedene Freeware-Tools bieten einen z.T. deutlich größeren Funktionsumfang. -Telnet bietet von Haus aus keine Verschlüsselung. Deshalb sollte es über eine gesicherte Verbindung betrieben werden. Heute ist es durch SSH weitgehend verdrängt worden, das über den TCP-Port 22 eine gesicherte Verbindung zum Server herstellen kann.-Mit Telnet-Clients ist es z.B. möglich, sich mit anderen Diensten wie SMTP, POP3 und DAYTIME zu verbinden und manuell die Verbindung zu testen und zu steuern.
• Telnet-Verbindung Die Öffnung (open) einer Telnet-Sitzung erfolgt durch Eingabe des Computernamens oder der IP-Adresse. In der Regel wird nach dem Verbindungsaufbau ein Benutzer und sein Passwort abgefragt. -Jede Telnet-Sitzung hat an ihren Endpunkten eine NVT-Tastatur und einen NVT-Drucker (Network Virtual Terminal ). Vor Beginn einer Telnet-Sitzung verhandeln Client und Server auf Basis des NVT alle weiteren Protokoll-Elemente, die ein-und ausgeschaltet werden können.
• File Transfer Protocol -FTP gibt es seit 1971 und ist damit das älteste und solideste Protokoll des Internets. Seit 1985 hat sich nichts mehr an den Übertragungsmechanismen geändert.-FTP wird verwendet, um zwischen zwei unterschiedlichen Computer-systemen Daten auszutauschen. Die Übertragung findet nach dem Client-Server-Prinzip statt. Dazu erzeugt FTP zwischen Server und Client zwei Verbindungen.-Auf der Client-Seite ist wieder eine entsprechende Software nötig. Windows stellt das Programm ftp.exe in der Standardinstallation bereit. Eine Integration in den Datei-bzw. Internetexplorer ist ebenfalls vorhanden.-Verschiedene Freeware-Tools bieten auch hier einen z.T. deutlich größeren Funktionsumfang.
• FTP Active Mode -FTP kann in zwei Modi betrieben werden. Beim ActiveMode kommunizieren Client und Server über die TCP-Ports 20 und 21 auf der Serverseite. Der Datenversand wird vom Server eingeleitet.-Port 21 dient dabei ausschließlich dem Austausch von Kommandos, über Port 20 werden die Daten verschickt. Der Kommandoport auf der Clientseite wird zufällig ausgewählt, der Datenport des Clients wird ausgehandelt.
• FTP Passive Mode -Dieses Verfahren versagt, wenn der Client hinter einer Firewall sitzt und Port 20 üblicherweise eingehend blockiert ist oder NAT benutzt wird. Beim Passive Mode wird deshalb der Start der Datenübertragung vom Client initiiert-Port 21 dient dabei wieder dem Austausch von Kommandos, der Datenport wird aber sowohl für den Client wie auch für den Server ausgehandelt.
• Trivial File Transfer Protocol -TFTP ist ähnlich wie FTP ein Protokoll für den Datei-Transfer über IP-basierte Netze.-Im Gegensatz zu FTP hat TFTP aber deutlich weniger Kommandos und verwendet nur den UDP-Port 69. Wegen der Verwendung des ungesicherten Transport-Protokolls UDP übernimmt TFTP selber die Sicherung der Datenpakete und kümmert sich eigenständig um die wiederholte Sendung bei Paketverlusten.-Eine Authentifizierung entfällt. Stattdessen wird auf die Zugriffs-beschränkungdes Betriebssystems gebaut. So dürfen meist nur Dateien gelesen und geschrieben werden, die für alle Benutzer lesbar oder schreibbar sind.-TFTP wird sehr häufig benutzt um in einem internen Netz neue BIOS-oder Firmware-Versionen auf aktive Netzwerkkomponenten zu laden oder Konfigurationen zu sichern.
• Mail-Transfer-Protokolle -Die gesamte E-Mail-Kommunikation basiert auf drei Protokollen:+SMTP Simple Mail Transfer Protocol (Port 25)+POP3 Post Office Protocol Version 3 (Port 110)+IMAP4 Internet Message Access Protocol Version 4 (Port 143)-Das SMTP-Protokoll ist für die Übertragung von E-Mails vom Sender zum Mail-Server zuständig. Mail-Server können auch untereinander mit diesem Protokoll kommunizieren.-Über das POP3-Protokoll werden E-Mails vom Server abgerufen.-IMAP4 hat vom Prinzip her dieselbe Aufgabe wie POP3. Es definiert aber auch Methoden zum Erstellen, Löschen und Umbenennen einer Mailbox sowie zum Prüfen, ob neue Nachrichten eingetroffen sind. Außerdem erlaubt IMAP das auszugsweise Laden einer E-Mail und Verzeichnisdienste innerhalb der Mailbox. -Alle Mail-Transfer-Protokolle sind textbasiert. Deshalb ist es in der Regel auch möglich, sich per Telnet-Software mit einem Server zu verbinden und die Sitzung interaktiv zu steuern.-SMTP kennt z.B. nur wenige Kommandos wie HELO, MAIL FROM:, RCPT TO:, DATA und QUIT. Diese Kommandos reichen bereits aus, einem SMTP-Server eine Mail zu übergeben.-Da auch keine Authentifizierung vorgesehen ist, ist SMTP ein ziemlich unsicheres Protokoll, wie die ganzen Spam-Attacken zeigen. Abhilfe schafft man durch zusätzliche Regeln auf der Serverseite wie z.B.:+SMTP after POP+Adressbereiche, die der Server akzeptiert (Whitelists)+Adressbereiche, die der Server ablehnt (Blacklists)+Identifizierung des Senders als Mail-Server(z.B. mit SPF)+Temporäres Ablehnen der Zustellung (Greylisting)
• Hypertext Transfer Protocol -HTML ist eine Beschreibungssprache, um plattformübergreifende (Windows, Unix, Linux, MAC, etc.) Dokumente zu erstellen. Zum Transport von HTML wird HTTP verwendet.-HTTP nutzt den TCP-Port 80. Die Kommunikation zwischen Client und Server findet auf Basis von Meldungen im Text-Format statt.-HTTP transportiert die HTML-Dokumente vom Server zum Client. Der Browser auf dem Client ist für die Darstellung zuständig. Die Auswahl der Dokumente erfolgt über den schon vorgestellten URL.-Ist die angeforderte Ressource nicht existent, versucht der Server es mit Alternativen. Gibt es keine, wird die Standard-Fehlerseite (Error 404) an den HTTP-Client übermittelt. -Der HTTP-Request ist die Anfrage des HTTP-Clients an den HTTP-Server. Ein HTTP-Request besteht aus den Angaben Methode, URL und dem Request-Header.-Die häufigsten Methoden sind GET und POST. Dahinter folgt durch ein Leerzeichen getrennt die URL und die verwendete HTTP-Version. In weiteren Zeilen folgt der Header und bei der Methode POST durch eine Leerzeile (!) getrennt die Formular-Daten.-Der HTTP-Response ist die Antwort des HTTP-Servers an den HTTP-Client. Der HTTP-Response besteht aus der verwendeten HTTP-Version, dem Status-Code der Responses und der Klartext-Meldung des Status-Codes. In den anschließenden Zeilen folgt der Header und durch eine Leerzeile (!) getrennt die HTML-Datei.
• Voice over IP -Unter Voice overIP (VoIP) versteht man einfach das Telefonieren über ein Computernetzwerk. Das Netzwerk kann sowohl lokal (LAN), ein Weitverkehrsnetzwerk (WAN) oder das ganze Internet sein. Voice overIP liegt in jedem Fall dem paketorientierten Internet-Protokoll (IP) zu Grunde.-Neben dem Ausnutzung vorhandener Infrastruktur kann man über eine IP-gesteuerte Breitband-Verbindung mehr Sprachverbindungen realisieren als bei der klassischen Nutzung einer Telefonleitung.-Wichtige Lösungsansätze lieferten und liefern z.B. ITU, IETF und Firmen wie Cisco. Während die Festnetz-Telefonie aus wenigen Komponenten besteht, sind bei VoIPüber das Internet dagegen deutlich mehr Komponenten (Hard-und Software) im Spiel. -Der Aufbau der Verbindung kann über verschiedene Protokolle gesteuert werden, z.B.:+Session Initiation Protocol (SIP, RFC 3261) der IETF, Adressen als URIsip:user@domäne, sips:user@domäne, tel:+49-40-123456+H.323 der ITU, ein System verschiedener weiterer H.xxx-ProtokolleAudio Codecs und Video Codecs+Skypemit einem proprietären Protokollsatzdynamische Anpassung der Qualität an die Bandbreite-Die eigentliche Datenübertragung kann dann z.B. mit dem RealtimeTransport Protocol (RTP) und anderen durchgeführt werden.
• Videokonferenzen -Videokonferenzen erweitern VoIPmit visuellen Inhalten. Es können neben reinen Videodaten auch Dokumente übertragen oder daran gemeinsam über ApplicationSharing gearbeitet werden.-Peer-to-Peer-Systeme verzichten auf zentrale Gruppen-und Kommunikationsserver. Sie verlagern das notwendige Management auf die Endgeräte und verwenden meist proprietäre Protokolle, z.B. Skype.-Die ITU definiert dagegen Gerätegruppen:+Endgeräte, z.B. Desktops, Settop-Boxen oder Raumsysteme+Multipoint Control Units (MCU) für Gruppenkonferenzen+Gatekeeper für den Verbindungsaufbau zwischen Endgeräten und MCU+Gateways zur Verbindung der Netze und ggf. Protokollkonvertierungenund passende Protokolle wie H.323, G.711 ff. und T.120-Man kann eigene Software betreiben oder über des Internet virtuelle Konferenzen bei Bedarf buchen und abhalten.

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