IP

• Gemeinsame “Sprache” aller Internet-Hosts
• Definiert im Wesentlichen:
  • Paketkopfaufbau (Header)
  • Adressierung
  • Fragmentierung
  • Verschiedene Dienste
• Paketvermittelnd
• Verbindungslos, d.h. Pakete werden unabhängig voneinander vermittelt (Datagram Routing)
• Ungesichert, Pakete können
  • Verloren gehen
  • Einander überholen
  • Dupliziert werden
  • Verändert werden
• Die Dienstgüte ist “Best Effort”
• Verkapselung: Jede Schicht fügt den Daten, die sie von der darüberliegenden Schicht zur Übermittlung bekommt, eigene Protokollinformationen und Header zu

Der IPv4-Header

Anfangsbit	Länge	Beschreibung
0	4	Version - Ob IPv4 oder IPv6
4	4	Header Length - Nach dieser Anzahl * 32 Bits beginnen die Nutzdaten
8	8	Service Type - Nach welcher Metrik das Paket versendet werden soll, z.B. am schnellsten, am kostengünstigsten, am verlässlichsten - Im globalen Internet nicht mehr verwendet, aber kleinere Firmen oder ISP verwenden es manchmal, z.B. Telekom
16	16	Total Length - So lange ist das IPv4-Datagram (Header + Nutzdaten) in Bytes
32	16	Identification - IPv4 Fragmentierung
48	3	Flags - IPv4 Fragmentierung
51	13	Fragment Offset - IPv4 Fragmentierung
64	8	Time to live (TTL) - Jeder Router muss bei der Weiterleitung diesen Zähler um die Anzahl an gebrauchter Sekunden, aber mindestens 1 verringern. Ein Router darf nur dann ein Paket weiterleiten, wenn er diesen Wert nicht auf 0 setzt.
72	8	Type - Welche Schicht die nächste Schicht ist, z.B. UDP oder TCP
80	16	Header Checksum
96	32	Source IP Address
128	32	Destination IP Address
160	32 * n	IP Options und Padding - Flags für IP und danach Padding um immer auf ein Vielfaches von 32 Bit zu kommen

Der IPv6-Header

Bits	Beschreibung
1-4	Version - Wie bei IPv4
5-11	Traffic Class - Wie Service Type bei IPv6
12-31	Flow Label - Nutzbar für Caching-Tabellen im Router um in Kombination mit Source und Destination schneller Pakete umzuleiten als mit der Routingtabelle
32-47	Payload Length
48-55	Next Header - Welche Schicht die nächste ist, ob UDP, TCP oder ein weiterer IPv6-Header
56-63	Hop Limit
	Source Adress
	Destination Adress

IPv6 Next Header

• Nicht immer benötigte Informationen sind in Extension Headers enthalten
• Diese können bei Bedarf angehängt werden
• Jeder Header enthält ein Feld “Next Header”, der den Typ des darauffolgenden Headers angibt (bis zum Transportschicht-Header, z.B. UDP)

IPv4 Fragmentierung

• Unterschiedliche Netzwerktechnologien haben unterschiedlich lange maximale Paketlängen
• Maximum Transmission Unit (MTU) Definiert die maximale Nutzdatenlänge eines Pakets
  • Ethernet: MTU = 1500 Bytes
  • IP-Datagramme müssen auf dem Weg über Netzwerke mit unterschiedlichen MTUs aufgeteilt - fragmentiert - werden
• Ein Router zerteilt, aber fügt nie zusammen
  • Es könnten schließlich zwischen den Teilen sich die Routingtabellen ändern
• Ein Großes Paket kann in kleinere Pakete zerteilt werden, jedes wird dann mit seinem eigenen IP-Header verschickt.
• Damit das Ursprüngliche Paket korrekt zusammengebaut werden kann, wird in Fragment Offset die Position des Fragments gespeichert. Dabei wird die Länge durch 8 geteilt, weil Pakete nur ein vielfaches von 8 sein können und so Platz gespart wird.
• Das letzte Fragment setzt Flag-Bit 2 auf 0, um zu kommunizieren, dass keine weiteren Fragmente folgen. Alle Anderen setzen es auf 1
  • Weitere Flags:
    • Flag 0 - Reserviert
    • Flag 1 - Segment darf nicht fragmentiert werden. Ansonsten Fehler werfen
    • Flag 2 - Letztes Fragment

IPv6 Fragmentierung

• Bei IPv6 fragmentieren Router nicht, nur der Sender
• Falls das Paket für den Router zu groß ist, liefern ICMP eine Fehlernachricht an den Sender
• Realisiert durch IPV6 Header “Next Header: Fragment”, Header ähnlich wie bei IPv4

Multicast

• Adressierung an eine Gruppe von Teilnehmern
• Nützlich bei Videostreaming, z.B. WM-Livestream
• Spezieller Adressbereich
  • IPv4: 224.0.0.0 bis 239.255.255.255
  • IPv6: ff00::/8

IP-Optionen

• IPv4
  • Strict Routing - Kompletter Pfad muss angegeben werden
  • Free Routing - Zwischenzeitlich über einen oder mehrere bestimmte Router
  • Record Route - Lässt Route aufzeichnen
  • Timestamp
  • Security - wie “bösartig” ein Paket ist
• IPv6
  • Fragment
  • Mobility - Falls sich das Netz während Übertragung ändert

Adressauflösung

Problem: Rechner kennen nur IP-Adressen, aber nicht die Hardwareadressen dahinter -> Lösung: ARP

ARP “verbindet/verklebt” die Bitübertragungsschicht mit der IP-Schicht

• Jeder Rechner verwaltet eine ARP-Tabelle
• Sucht ob ein Eintrag für IP-Adresse vorhanden ist, falls nein:
• Computer macht einen Broadcast an alle Nutzer des lokalen Netzwerks: “Wer hat die gesuchte IP-Adresse?”
• Der gesuchte Rechner antwortet mit seiner Hardwareadresse, falls keine Antwort nach einer Zeit kommt, Fehlermeldung an übergeordneten Layer

IPv6 Adressuaflösung

• Neighbor Discovery
• Wie ARP, nur mit Optimierungen:
• Kein Broadcast, sondern spezieller Multicast
• Kann alle Router finden

Internet Control Message Protocol (ICMP)

• Teil von IP, oben im Schichtenmodell
• Austausch von Fehlermeldungen und Zustandsinformationen
• Ziel nicht erreichbar
• Echo-Anfrage und Antwort (Ping)
• Port nicht erreichbar
• TTL überschritten

tracert

C:\Users\semmi>tracert samuelkroiss.de
 
Routenverfolgung zu samuelkroiss.de [89.238.73.31]
über maximal 30 Hops:
 
  1     1 ms    <1 ms    <1 ms  192.168.2.1
  2     2 ms     1 ms     1 ms  hotspot.internet-for-guests.com [172.30.3.254]
  3     2 ms     2 ms     2 ms  hotspot.internet-for-guests.com [91.106.123.185]
  4     7 ms     6 ms     6 ms  cr1.ffm.r-kom.net [185.39.20.105]
  5     6 ms     6 ms     6 ms  decix-j1.inexio.net [80.81.192.137]
  6    12 ms    11 ms    11 ms  inexio2.cr3.network.manitu.net [89.238.127.51]
  7    11 ms    11 ms    11 ms  ngcobalt331.manitu.net [89.238.73.31]
 
Ablaufverfolgung beendet.