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RVS (Fach) / RvS4 (Lektion)

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• Vermittlungsschicht Network Layer Aufgabe der Vermittlungsschicht Nachrichtenweiterleitung basierend darauf, dass mögliche Pfade des Netzes ermittelt wurden und in Weiterleitungstabellen hinterlegt sind. Aufgabe der Anwendung "Routingtabelle Pflege" Netzerkundung Pfadermittlung Aktualisierung bei Ausfällen, Reperaturen, Überlastsituationen  
• Virtueller Kanal (ATM) versus Datagramm-Dienst Kanal 2-Wege-Handshake bei Host: Signalisierungsnachrichten 1. Initiate call 2. Incoming call from network 3. Accept/acknowledge call (target host) 4. Acknowledgement received by initiating host Datagramm Nur Paketsenden u. Empfangen
• Virtueller Kanal (ATM) - Vorteile Kontext um für Menge von Pakettransfers gemeinsam Ressourcen zu reservieren und Konfigurationseinstellungen so durchzuführen, dass Echtzeitgarantien Mindestdurchsatz Verzögerungszeit-Grenzen begrenzte Variantion der Verzögerungszeit (Jitter) leichter realisiert werden können.
• Innerer Aufbau eines Routers Zwei Hauptfunktionene eines Routers: Vermittelt IP-Pakete: IP-Weiterleitung Pflege Routingtabelle per RIP/OSPF/BGP  
• Dezentralisiertes Switching (Input Port Funktionen) Dezentralisiertes Switching: Auf Basis der Zieladresse wird der zugehörige Ausgang aus der Routingtabelle gelesen Ziel: Bearbeitung der eingehenden Pakete entsprechend der Geschwindigkeit der Eingangsleitung Zwischenspeicherung (Queuing): Wenn Datagramme schneller ankommen, als sie den Router verlassen können.
• Switching Fabric – Vermittlung: 3 Typen memory bus crossbar
• Püfferung von Datagrammen (Output Port Funktionen) Püfferung von Datagrammen: wenn diese schneller aus Fabric ankommen, als sie über Ausgabeleitung übertragen werden könne. Scheduling zur Auswahl von zu übertragenden Paketen ist notwendig.
• Routing-Algorithmen Global je Kante Kantenverlauf und Kosten global bekannt. Problem: Skalierbarkeit Dezentral Jeder Router kennt nur die Kante zu seinen Nachbarn.   Statisch Kantenverlauf und Kosten ändern sich nicht (bzw. kaum) Dynamisch Kanten verschwinden, kommen dazu. Kosten ändern sich. Problem: Schleifenbildung durch dynamische Suche.   Im Internet: Link State (dyn. global) <-> Dist. Vektor (dyn. dezent.)
• Link State: Dijkstra-Algorithmus Gegeben: K Knotenmenge eines gegebenen Graphen c(i,j) Verbindungskosten von Knoten i nach j c(i,j) = Kosten von vi -> vj (der Kante) c(i,j) = ∞ falls von vi nach vj keine Kante D(o) Kosten des (ermittelten) Pfades vom Sender zum derzeitigen Ziel o (hat unter allen Pfaden die geringsten Kosten) N Menge der Knoten, bei denen ein Pfad mit geringsten Kosten vom Sender bekannt ist. Der Algorithmus berechnet einen Weg von einem Sender v 0 zu jedem Ziel v mit minimalen Kosten in O(n2) Schritten (n = Knotenanzahl).Der Algorithmus setzt konstante Kosten voraus. In der Praxis unterliegen die Kosten jedoch während des Betriebs Veränderungen.
• Distance Vector: Dezentrales Routing Ziel Jeder Knoten schickt ein Paket über den direkten Nachbarn, über den die geringsten Kosten entstehen. Dazu könnte, wenn sich die Kosten nicht ändern, eine Distanz-Tabelle verwendet werden.   Gute Neuigkeiten verbreiten sich schnell. Schlechte Neuigkeiten verbreiten sich langsam.
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• Leitungsvermittlungsalgorithmen Bei leitungsvermittelnden Algorithmen (verbindungsorientiert) sind z.B. Kapazitäten und benutzte Kanäle bekannt. Algorithmen Dijkstra minimale Anzahl Hops (shortest path in terms of hops) Least Loaded Path (LLP) am wenigsten benutzte Kanäle Maximum Free Circuit (MFC) jeweils größte Anzahl freier Kanäle   
• Hierarchisches Routing Autonome Teilsysteme (AS) Inter-AS Routing Intra-AS Routing
• Internet-Protokoll: IP V4 Verbindungsloser Datagramm-Dienst Nachrichten werden im Store-and-Forward-Prinzip von der Quelle zum Ziel weitergeleitet (vgl. Brief oder Postpaket-Transport) Nachrichten (Nutzdaten, d.h. die PDUs der Transportprotokolle) werden in IP-Pakete (so heißen die PDUs des IP-Protokolls) verpackt. Nachrichten werden u.U. segmentiert und in einer Serie von IP-Pakete hinterlegt. Jedes IP-Paket wird seperat weitergeleitet. Keine Reihenfolgentreue. Keine Garantie maximaler Latenz. Keine Verlustfreiheit.
• IP V4 Adresse 32-Bit-Adressen, als 4 Byte-Gruppen 193.32.216.9 == 11000001 00100000 11011000 00001001 Wenig große Netze mit sehr vielen Hosts: Class A (1. Block Netz, 2.-4. Block Host) "Viele" kleine Netze mit höchstens 256 Hosts: Class C (1.-3. Block Netz, 4. Block Host) Multicast-Adressen: Vorbereitungsphase reserviert Adresse (Class D; Alle Blocks Multicast-Adresse) Eine Adresse je Netzwerk-Interface des Knotens Bei mehreren Routern: Verbindung von Schnittstellen zwischen Routern ist beidseitig im selben im selben Subnetz.  
• IP Interclass Domain Routing Beliebige Länge der Netzwerkadresse z.B.: a.b.c.d/21 21 Bits für Netzwerkadresse
• IP V6 128 Bit Adressen Schlankere Header Keine Prüfsumme in Header (schnelle Verarbeitung) IPsec "IP-Security" VPN-Technik  
• Übergang von IP V4 nach IP V6 2 Möglichkeiten zum gleichzeitigen Betrieb beider Protokolle: Dual Stack Neue Router können auch IP V4 Tunneling IP V6 Pakete werden, um IP V4 Netz zu durchlaufen in IP V4 Pakete eingepackt.
• ICMP - Internet Control Message Protocol Kommunikation von Netzwerk-Level Informationen von Hosts, Routern, Gateways. error repeating echo request/reply ICMP Nachrichten werden in IP-Datagrammen transportiert.
• DHCP - Dynamic Host Configuration Protocol Dynamische Adresszuweisung. DHCP Server verteilt Adressen. Host tritt bei Netzbeitritt als DHCP Client auf. Ablauf: Client sucht per Broadcast einen DHCP Server. Alle DHCP Server im LAN, die ein Angebot machen können, antworten. Client fordert für sich eine IP-Adresse an.
• NAT - Network Adress Translation NAT ist Notlösung und verursacht selbst Probleme. Portnummern sollen Anwendungsprozesse adressieren und nicht Hosts Es gibt Protokolle, wo mehrere Verbindungen im Zusammenhang benutzt werden und Portnummern innerhalb von APDUs ausgetauscht werden (z.B. FTP, VoIP): Hier muss NAT in APDUs reinschauen und dort Portnummern umsetzen. Nicht sichtbare Hosts sind noch lange nicht geschützt.
• Internet - Routingtabelle-Pflege Internet: Netz aus autonomen Subnetzen (AS) A) Routing im AS RIP: Routing Information Protocol OSPF: Open Shortest Path First Protocol EIGRP: Enhanced Interior Gateway Routing Protocol B) Routing zwischen AS/Inter-Domain-Routing BGP: Border Gateway Protocol
• RIP Dintanzvektor-Protokoll Hop-Anzahl als Weglänge, Begrenzung auf 15 Hops Austausch von Routing-Tabelle alle 30 Sekunden Maximale Zahl der Einträge: 25 Austauschnachrichten zwischen Nachbarn (Hopzahl: 1) werden als Advertisements bezeichnet.
• OSPF Link-State-Protokoll Aufbau einer Darstellung der Gesamt-Topologie durch Kommunikation mit allen Routern Zentrale Ausführung des Dijkstra-Algorithmus um eine vollständige Kostentabelle pro Router zu bestimmen. Besonderheiten Authentifizierung von Routern (Sicherheit) Bei mehreren Pfaden mit gleichen Kosten: Verkehr zwischen A und B über verschiedenen Pfade (parallel) Unterschiedliche Kanten-/Verbindungskosten (z.B. höhere Kosten für zeitkritischen Verkehr) (variable Pfadermittlung) Unterstützung von Multi-/Broadcast Unterstützung von hierarchischen Netzstrukturen (verschiedene Rollen für Router)
• BGP Boarder Gateway Protocol (Standard) Path Vector Protocol: Ähnlich dem Distance Vector Protocol each Border Gateway broadcasts to neighbors (peers) entire path (i.e, sequence of ASs) to destination: Advertisements and Withdrawels
• Multicast-Routing Gruppen-Kommunikation: Senden an alle Mitglieder einer Empfänger-Gruppe für Software-Verteilung für Konferenz-Übertragung für Telekonferenzen Grundidee Spannbaum vom Sender zu Empfängern bestimmen Router als Baum-Zwischenknoten dupliziert Pakete Großes Problem: Zuverlässiger Broadcast so genannte Quittungsimplosion IP-Gruppen-Adressen Ziel-Adresse ist Gruppen-Adresse Problem Adresse und Empfängermenge müssen vorher vereinbart werden: Internet Group Management Protocol (IGMP) plus Wide Area Multicast Routing
• Multicast-Routing - IGMP a) Router fragt seine Hosts, ob sie an der Gruppe beteiligt sind b) Host sagt seinem Router, dass er an Gruppe beteiligt sein möchte
• Multicast-Routing - Wilde Area Multicast Routing a) Je Sender ein Multicast-Baum b) Gemeinsamer Gruppen-Baum DVMRP (Distance Vector Multicast Routing Protocol) source-based tree MOSPF (Multicast Open Shortest Path First) source-based tree CBT (Core-Based Trees) PIM (Protocol Independent Multicast) Sparse Mode (similar in spirit to CBT) Dense Mode (similar in spirit to DVMRP) no assumption about underlying unicast routing protocol  

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