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TCP/IP - Grundlagen und Praxis


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Dezember 2013

Beschreibung

Beschreibung

TCP/IP gilt als Standard für die Kommunikation in Netzwerken - sowohl im lokalen Bereich als auch im weltumspannenden Internet. Wie jede Protokollfamilie so setzt sich auch TCP/IP aus verschiedenen Komponenten zusammen. Sie werden im Rahmen dieses Buches mit folgenden Schwerpunktthemen umfassend erläutert:

. Entwicklung und Funktion von Netzwerken
. Bridging, Switching und Routing
. Protokolle der TCP/IP-Familie
. Adressierung im Netzwerk (statisch, dynamisch per DHCP)
. Namensauflösung im IP-Netzwerk (Domain Name Service)
. Routing-Protokolle im IP-Netzwerk und deren Funktion
. Spezielle Dienste auf Basis von TCP/IP
. TCP/IP in kabellosen Netzwerken (WLAN, Bluetooth, DSL-Vectoring usw.)
. Implementierung von TCP/IP in Betriebssystemen
. Sicherheit im IP-Netzwerk (IPsec, VPN, SSL)
. Weiterentwicklungen auf Basis von IPv6
. Internet der Dinge

Neben den Grundlagen werden auch praktische Aspekte beleuchtet, die für die tägliche Arbeit von Relevanz sein können, beispielsweise wie auf Basis eines Windows-Servers ein System aufgebaut werden kann, mit dem in einem Netzwerk die Namensauflösung (DNS) realisiert wird. Installationen oder Implementierungen, die für Dienste wie E-Mail, WWW oder FTP (File Transfer Protocol) erforderlich sind, werden ebenfalls praxisorientiert dargestellt.

Ein eigenes Kapitel widmet sich dem "Troubleshooting": Aufgezeigt werden "aus der Praxis für die Praxis" Lösungsansätze für häufig auftretende Problemfälle.

Portrait

Gerhard Lienemann arbeitete seit 1991 für etwa 12 Jahre als Netzwerkadministrator in einem produzierenden Betrieb bevor er dann ins technische Management wechselte. Seitdem war er zunächst zuständig für operative Kommunikationssicherheit und übernahm dann zusätzlich die Betreuung eines europäischen Netzwerkteams. In dieser Funktion ist er bis heute tätig. Dirk Larisch hat nach dem Studium der Informatik eine Anstellung bei einem der größten deutschen Buchverlage angetreten. Seit mittlerweile über 23 Jahren ist er im EDV-Bereich zweier Krankenhäuser und bei der größten deutschen Krankenkasse tätig bzw. tätig gewesen. Neben seiner Tätigkeit als IT-Leiter führt er auch Systemverwaltertätigkeiten für die eingesetzten, heterogenen Netzwerke und Systeme durch. Die aus seiner täglichen Arbeit rekrutierenden Erfahrungen und die angeeigneten Kenntnisse hat er in einer Vielzahl von Fachartikeln und Büchern niedergeschrieben, wobei bis zum heutigen Tag im In- und Ausland über 70 Bücher veröffentlicht worden sind.

Leseprobe

1 Netzwerke


Zu Beginn der 80er Jahre des vorigen Jahrhunderts, als der Siegeszug der Personal-computer begann, dachte niemand daran, derartige einzelne Arbeitsplätze in Form eines Netzwerks zu kombinieren. Stellten diese doch zu der Zeit vielmehr ein individuelles Hilfsmittel für bestimmte, ausgewählte Mitarbeiter dar; einen deutlichen Prestigegewinn konnte jeder verbuchen, dessen Schreibtisch ein PC »zierte«. Die nächste Investition führte in der Regel zur Anschaffung eines Druckers. Als jedoch der Gerätepark in den Büros immer mächtiger wurde, wurde relativ schnell klar, dass es sicher kostengünstiger wäre, ein Ressourcen-Sharing (Teilen der Geräte) vorzunehmen. Anfangs leisteten noch Drucker-Umschalter gute Dienste, die es ermöglichten, einen Drucker von mehreren Arbeitsplätzen aus parallel zu nutzen. Doch schnell zeigten sich ähnliche Fragestellungen in Bezug auf Plotter (die damals Kostendimensionen eines Kleinwagens hatten) oder auch beim Einsatz von Scannern.

Neben dem gewichtigen Problem der »Hardwarevervielfältigung« stellte sich auch immer häufiger die Frage nach gemeinsam zu nutzender Software. Leistungsfähige Softwarepakete waren auch schon damals nicht gerade günstig. Aus diesen und ähnlichen Anforderungen wurde die Idee einer intelligenten Vernetzung von Personalcomputern und Peripheriegeräten und damit einer gemeinsamen Nutzung von Soft- und Hardware geboren. Als Vorbild dienten bereits bestehende, in Ansätzen vergleichbare Vernetzungen von Datenverarbeitungsanlagen, beispielsweise auf Basis der mittleren Datentechnik wie IBMs /36 oder DECs VAX.

In den folgenden Jahren entstand ein vermehrter Bedarf an der Nutzung gemeinsamer Datenpools sowie der Integration entfernter Rechner in einen einzigen logischen Rechnerverbund. Das Großprojekt »PC-Vernetzung&l
aquo; boomte. Zum Teil wurden bekannte (und bereits vorhandene) Netzwerktechnologien und -protokolle genutzt (z.B. TCP/IP); allerdings kamen auch zahlreiche Neuentwicklungen zum Zuge (z.B. IBM LAN-Server oder Microsoft LAN-Manager).

Die Vielfalt an Netzwerken und Netzwerkprotokollen führte im Laufe der Zeit sehr schnell zur Festlegung entsprechender Standards, denn ein Netzwerk besitzt nur dann in ausreichendem Maße kommunikative Eigenschaften, wenn es mit anderen Netzwerken innerhalb des eigenen Unternehmens verbunden bzw. gekoppelt werden oder mit Netzwerken entfernter Standorte Daten austauschen kann. Schnell entstanden so die ersten lokalen Netzwerke (LAN = Local Area Network), die dann nach und nach über entsprechende Anbindungen mehr und mehr zu WAN-Netzwerken (WAN = Wide Area Network) ausgebaut wurden.

1.1 Netzwerkstandards


Wie bei jeder Technologie so werden auch im Netzwerkbereich bestimmte Vorgaben, Normen oder Standards benötigt, an denen sich die verschiedenen Entwicklungen orientieren. Bei der Behandlung von Netzwerkstandards sind dies insbesondere das ISO/OSI-Referenzmodell sowie die Normierungen und Vorgaben des IEEE Institute of Electrical and Electronic Engineers (Institut der elektrischen und elektronischen Ingenieure), aber ebenso auch bestimmte Kommentierungen von Entwicklungen, die unter der Bezeichnung RFC (Request For Comment) allgemein üblich und bekannt sind.

1.1.1 OSI als Grundlage

Zur Vereinheitlichung der Datenübertragung wurde das OSI-Referenzmodell geschaffen, das bestimmte Vorgaben für die Kommunikation offener Systeme darlegt. Das OSI-Modell ermöglicht den Herstellern, ihre Produkte für den Netzwerkeinsatz aufeinander abzustimmen und Schnittstellen offenzulegen.

Dies ist somit die Basis für sämtliche Festlegungen im sogenannten ISO- bzw. OSI-Schichtenmodell, wobei die ei
nzelnen Schnittstellen dieser Norm auf insgesamt sieben Schichten, sogenannte Layer, verteilt werden. Jede Schicht wiederum erfüllt bei der Kommunikation eine bestimmte Funktion. Das OSI-Schichtenmodell diente in der Vergangenheit, aber auch heutzutage noch generell als Grundlage für die Kommunikationstechnologie. Dabei liegt der Sinn und Zweck darin, dass die Teilnehmer der Kommunikation (z.B. Rechner) über genormte Schnittstellen miteinander kommunizieren. Im Einzelnen setzt sich das OSI-Referenzmodell aus den folgenden Schichten zusammen:

Schicht 1 – Physical Layer

Auf dem Physical Layer (physikalische Schicht) wird die physikalische Einheit der Kommunikationsschnittstelle dargestellt. Diese Schicht (Bit-Übertragungsschicht) definiert somit sämtliche Definitionen und Spezifikationen für das Übertragungsmedium (Strom-, Spannungswerte), das Übertragungsverfahren oder auch Vorgaben für die Pinbelegung, Anschlusswiderstände usw.

Schicht 2 – Data Link Layer

Der sogenannte Data Link Layer (Verbindungsschicht) ermöglicht eine erste Bewertung der eingehenden Daten. Durch Überprüfung auf die korrekte Reihenfolge und die Vollständigkeit der Datenpakete werden beispielsweise Übertragungsfehler direkt erkannt. Dazu werden die zu sendenden Daten in kleinere Einheiten zerlegt und als Blöcke übertragen. Ist ein Fehler aufgetreten, werden einfach die als fehlerhaft erkannten Blöcke erneut übertragen.

Schicht 3 – Network Layer

Der Network Layer (Netzwerkschicht) übernimmt bei einer Übertragung die eigentliche Verwaltung der beteiligten Kommunikationspartner, wobei insbesondere die ankommenden bzw. abgehenden Datenpakete verwaltet werden. In dieser Vermittlungsschicht erfolgt unter anderem eine eindeutige Zuordnung über die Vergabe
der Netzwerkadressen, indem der Verbindung weitere Steuer- und Status-informationen hinzugefügt werden. In einem Netzwerk eingesetzte Router arbeiten immer auf der Schicht 3 des OSI-Referenzmodells.

Schicht 4 – Transport Layer

Auf dem Transport Layer (Transportschicht) werden die Verbindungen zwischen den Systemschichten 1 bis 3 und den Anwendungsschichten 5 bis 7 hergestellt. Dies geschieht, indem die Informationen zur Adressierung und zum Ansprechen der Datenendgeräte (z.B. Arbeitsstationen, Terminals) hinzugefügt werden. Aus dem Grund enthält diese Schicht auch die meiste Logik sämtlicher Schichten. Im Transport Layer wird die benötigte Verbindung aufgebaut und die Datenpakete werden entsprechend der Adressierung weitergeleitet. Somit ist diese Schicht unter anderem auch für Multiplexing und Demultiplexing der Daten verantwortlich.

Schicht 5 – Session Layer

Der Session Layer (Sitzungsschicht) ist die Steuerungsschicht der Kommunikation, wo der Verbindungsaufbau festgelegt wird. Tritt bei einer Übertragung ein Fehler auf oder kommt es zu einer Unterbrechung, wird dies von dieser Schicht abgefangen und entsprechend ausgewertet.

Schicht 6 – Presentation Layer

Die Anwendungsschicht (Presentation Layer) stellt die Möglichkeiten für die Einund Ausgabe der Daten bereit. Auf dieser Ebene werden beispielsweise die Dateneingabe und -ausgabe überwacht, Übertragungskonventionen festgelegt oder auch Bildschirmdarstellungen angepasst.

Schicht 7 – Application Layer

Schicht 7 ist die oberste Schicht des OSI-Referenzmodells (Application Layer), auf der die Anwendungen zum Einsatz kommen. Dies ist somit die Schnittstelle zwischen dem System (z.B. Rechner oder sonstige Hardware) und einem Anwendungsprogramm.

1.1.2 IEE
E-Normen

Neben dem ISO-Schichtenmodell existieren weitere Vorgaben oder Normen für den Netzwerbereich. Eine wichtige Institution ist dabei das IEEE, was als Abkürzung steht für Institute of Electrical and Electronic Engineers (Institut der elektrischen und elektronischen Ingenieure).

Das IEEE (gesprochen Ai Trippel I) ist ein Berufsverband für Ingenieure und ein amerikanisches Normungsgremium, das sich generell mit Festlegungen, Standards und Normen für die Kommunikation auf den beiden untersten Ebenen des OSI-Schichtenmodells (Physical Layer, Data Link Layer) beschäftigt. Die einzelnen Definitionen in Bezug auf die Datenübertragung werden allesamt unter dem Titel des »Komitee 802« zusammengefasst. Eine der ersten Definitionen des Komitees war die Verabschiedung des Ethernet-Zugriffsverfahrens CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection). Im Dezember 1980 trat eine spezielle Projektgruppe (802.5) zusammen, um das Zugriffsverfahren für den Token-Ring-Bereich zu standardisieren. Ein Jahr später konstituierte sich dann die Token-Bus-Projektgruppe (802.4). Die zahlreichen IEEE-Arbeitsgruppen sind verschiedenen Themen gewidmet und beschäftigen sich vor allem mit Netzwerktopologien, Netzwerkprotokollen oder Netzwerkarchitekturen. Die wichtigsten der Normen und Arbeitsgruppen sind nachfolgend aufgeführt:

IEEE 802.1

Der IEEE-Standard mit der Bezeichnung 802.1 beschreibt den Austausch der Daten unterschiedlicher Netzwerke. Dazu gehören Angaben zur Netzwerkarchitektur und zum Einsatz von Bridges (Brücken). Zusätzlich erfolgen hier auch Angaben über das Management auf der ersten Schicht (Physical Layer). IEEE 802.1 wird in der Fachliteratur auch mit dem Namen Higher Level Interface Standard (HLI)...


EAN: 9783944099118
Untertitel: Protokolle, Routing, Dienste, Sicherheit. Dateigröße in MByte: 10.
Verlag: Heise Verlag
Erscheinungsdatum: Dezember 2013
Seitenanzahl: 500 Seiten
Format: pdf eBook
Kopierschutz: Wasserzeichen
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