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TECHNISCHES GEBIET
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Zuordnung einer IP-Adresse bei Anschluss eines neuen Teilnehmers in einem Netzwerk, sowie einen Netzteilnehmer, welcher ein derartiges Verfahren automatisch auszuführen in der Lage ist, sowie ausserdem ein Computerprogramm zur Durchführung eines derartigen Verfahrens.
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STAND DER TECHNIK
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Eine IP-Adresse (Internet-Protokoll-Adresse) ist eine 32-Bit Nummer, welche jeden Sender oder Empfänger von Information, welche in Paketen über das Internet oder ein anderes TCP/IP Netz übermittelt werden, identifiziert. Eine IP-Adresse hat zwei Teile, wobei der erste Teil für ein spezielles Netzwerk auf dem Internet steht (net) und der zweite Teil für ein spezifisches Gerät, d. h. einen Server oder eine Workstation (host). Ein Router z. B. braucht zur Weiterleitung der Pakete nur den ersten Teil der IP-Adresse, welcher durch maskieren der Adresse mit einer so genannten Netzmaske (netmask) erhalten werden kann. Es existieren dabei unterschiedliche Klassen von derartigen bei IP-Adressen, nämlich Klasse A für grosse Netzwerke mit vielen Netzteilnehmern, Klasse B für Netze mittlerer Grösse, Klasse C für kleine Netzwerke mit weniger als 256 Netzteilnehmern und Klasse D, welche so genannte multicast-Adressen darstellen. Bei Klasse A wird das erste Bit mit 0 belegt, das spezifische Netzwerk mit den sieben folgenden Bits und die lokale Adresse mit den verbleibenden 24 Bit. Bei Klasse B werden die ersten zwei Bits mit 10 belegt, die folgenden 14 Bits stehen für das spezifische Netzwerk und die verbleibenden 16 Bit dienen den lokalen Adressen (Host). In einer Klasse C IP-Adresse werden die ersten drei Bits mit 110 belegt, die folgenden 21 Bits stehen für das spezifische Netzwerk und die hintersten acht Bits stehen für die lokale Adresse (deshalb nicht mehr als 256 Netzteilnehmer). Die standardmässige, genannte Aufteilung in „Netzwerk” und „Host”-Teil kann durch die Definition einer „Netmask” beliebig anders definiert werden.
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Typischerweise werden IP-Adressen in Form von vier durch Punkte separierten Dezimalzahlen ausgedrückt, wobei jede Dezimalzahl für acht Bits steht. Die starke Zunahme von Netzwerken innerhalb des Internets macht wohl in nächster Zukunft eine Verlängerung der IP-Adressen notwendig, und so gibt es bereits eine neue Version unter dem Namen IPv6, bei welcher eine IP-Adresse 128 Bits umfasst.
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Allgemein findet man in einfacheren TCP/IP Netzen typisch drei verschiedene Szenarien:
- a) Zentrale Verwaltung und ggf. dynamische Zuweisung zumindest einiger IP-Adressen, in der Regel via DHCP Protokoll oder via BOOTP.
- b) Statische Zuweisung von IP-Adressen per Konfiguration (z. B. Eingabe von Hand)
- c) Serverloses, chaotisches System indem sich jedes Gerät eine IP-Adresse in einem definierten Netz erfindet und diese auf Doppelbelegung prüft (so genanntes Auto IP).
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Variante a) ist die typische Konfiguration in Firmennetzen sowie in grösseren Heimnetzen, insbesondere wenn die Netzwerke über einen Kabel- oder ADSL Router mit NAT (Network Address Translation) an das Internet angebunden sind. Hier übernimmt in der Regel ein dedizierter Server oder ein Router die Rolle des DHCP Servers.
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Variante b) ist weit verbreitet in kleineren Netzen, insbesondere wenn kein spezieller Server installiert ist – aber auch wenn ein DHCP Server zwar vorhanden ist, aber nur bestimmte Adressen an gelistete Endgeräte ausgibt. Im Heimbereich ist b) recht häufig anzutreffen.
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Variante c) ist derzeit sehr selten, da die meisten Peripheriegeräte Auto IP nicht unterstützen. Beim einfachen Zusammenschalten von mehreren PC mit Standardbetriebssystem OHNE dediziertem Server und ohne IP-vertraute Anwender ist diese jedoch anzutreffen.
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Entsprechend ist es normalerweise insbesondere bei Variante b) äusserst mühsam, ein neues Gerät im Netzwerk einzubinden, da zunächst z. B. vom Netzwerkadministrator erfahren werden muss, wie der Netzwerkanteil der im Netz vergebenen IP-Adressen lautet, und welche IP-Adressen ggf. noch frei zur Verfügung stehen. Anschliessend muss eine derartige freie IP-Adresse manuell eingegeben werden. Dies gestaltet sich insbesondere bei Geräten ohne Benutzerinterface (z. B. Lautsprechern) äusserst schwierig.
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Die Problematik der Integration eines Gerätes in ein Funknetzwerk (z. B. 802.11) ist oftmals noch grösser, da hier zusätzlich zur IP-Adresse eine Netzwerkkennung (SSID/BSID) und oft auch ein Netzwerkschlüssel eingestellt werden müssen. Besonders in Umgebungen, in denen mehrere Funknetzwerke betrieben werden, ist es mit den bekannten Verfahren derzeit nicht möglich, ein Gerät ohne explizite Konfiguration in einem bestimmten Netzwerk anzumelden und für dieses Netzwerk zu konfigurieren. Die Problematik ist insbesondere bei Geräten ohne Benutzerinterface ausgeprägt wie z. B. bei Netzwerklautsprechern. Derartige Geräte sollten möglichst keinerlei ”Knöpfe” geschweige denn Tastaturen und Displays haben, und sollten möglichst ebenfalls automatisch, einfach, und ohne grosse Einflussnahme durch die installierende Person in ein Netzwerk eingegliedert werden können.
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So ist aus der
EP 1 204 260 A2 ein Verfahren zur Zuweisung einer gültigen IP-Konfiguration in einem Local Area Network bekannt. Hierbei wird der Netzwerkverkehr überwacht und eine Subnetzmaske validiert. Eine vermeintlich nicht benutzte IP-Adresse innerhalb der Subnetzmaske wird ausgewählt und anschließend wird bestimmt, ob die ausgewählte IP Adresse unbenutzt ist.
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Des Weiteren beschreibt TROLL, R.: Automatically Choosing an IP Address in an Ad-Hoc IPv4 Network, IETF DRAFT, 2. März 2000, Seiten 1–8, (URL: http://tools.ietf.org/id/draft-ietf-dhc-ipv4-autoconfig-05.txt) das automatische Auswählen einer IP-Adresse in einem Ad-Hoc IPv4 Netzwerk. Sobald dort ein DHCP Client bestimmt wird, wählt dieser eine IP-Adresse aus. Sobald eine Adresse ausgewählt wird, muss der DHCP Client testen, ob diese bereits in Benutzung ist. Wenn die Netzwerkadresse in Benutzung scheint, muss der Client eine andere Adresse auswählen
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DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, eine Methode zur Verfügung zu stellen, welche die Integration eines neuen Netzteilnehmers in einem Netzwerk vereinfacht respektive automatisiert. Das technische Problem besteht also darin, zu vermeiden, dass die zugeschalteten neuen Teilnehmer manuell konfiguriert werden müssen.
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Die technische Lösung dieser Aufgabe wird dadurch erreicht, dass der hinzugefügte Netzteilnehmer autonom in der Lage ist, sich ohne weitere Einflussnahme der installierenden Person eine IP-Adresse zuzuweisen. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist entsprechend ein Verfahren gem. Anspruch 1 respektive ein Gerät gem. Anspruch 22.
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Der Kern des erfindungsgemäßen Verfahrens nach dem Patentanspruch 1 besteht somit darin, dass sich der neue Teilnehmer im Netzwerk seine IP-Adresse autonom zuordnet, indem der neue Netzteilnehmer in einer ersten Phase das Netzwerk auf wenigstens eine bereits vergebene gültige IP-Adresse abhört , wobei es gemeinhin ausreicht, an alle Netzwerkteilnehmer geschickte Broadcasts abzuhören. Als gültige IP-Adresse gilt in diesem Zusammenhang eine Absenderadresse (ein Datenpaket enthält ja die Adresse des Empfängers und jene des Absenders). In einer zweiten Phase wird anschliessend vom neuen Netzteilnehmer selbstständig, d. h. ohne Instruktionen von einem anderen Rechner, eine von dieser bereits vergebenen IP-Adresse verschiedene IP-Adresse automatisch erzeugt, wobei dabei nur das letzte Byte verändert wird, während die ersten drei Bytes von der bereits vergebenen IP-Adresse übernommen werden, anschliessend die Verfügbarkeit dieser erzeugten IP-Adresse durch eine Abfrage im Netzwerk überprüft wird. Bei Verfügbarkeit dieser erzeugten IP-Adresse weist sich der neue Teilnehmer diese zu, respektive bei Nicht-Verfügbarkeit wird die Erzeugung einer neuen weiteren IP-Adresse respektive deren Überprüfung wiederholt. Derartige Wiederholungen sollten sich aber in einem vernünftigen Rahmen bewegen, um das Netz nicht lahm zu legen. Mit anderen Worten wird in intelligenter Weise durch Mithören von Absenderadressen von Paketen vom neuen Netzteilnehmer festgestellt, um was für ein Netz es sich handelt und anschliessend eine mögliche neue IP-Adresse basierend auf dieser Information generiert und auf Nichtebelegtheit überprüft.
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Gemäss einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden innerhalb der ersten Phase beim Abhören Absender-IP-Adressen 0.0.0.0 ignoriert und IP-Adressen im Bereich von 169.254.???.??? mitgeschrieben. Bei den erstgenannten IP-Adressen handelt es sich um Pakete von Teilnehmern ohne IP-Adresse, und bei den letztgenannten IP-Adressen handelt es sich um IP-Adressen, welche mit Auto-IP erzeugt werden und welche entsprechend nur dann berücksichtigt werden sollten, wenn im Netzwerk keine anderen, tatsächlich gültigen IP-Adressen vorhanden sind. Nach Abhören der ersten anders lautenden und damit gültigen IP-Adresse im Netzwerk wird anschliessend die zweite Phase ausgelöst.
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Vorzugsweise kann dabei so vorgegangen werden, dass grundsätzlich eine bestimmte Zeitspanne (z. B. 3 Minuten) mitgehört und mitgeschrieben wird. Alternativ ist es möglich, erst beim Eintreffen eines ersten Broadcasts in die zweite Phase einzutreten und z. B. ARP-Requests (Address Resolution Protocol) mitzuschreiben aber nicht direkt als Basis für die Generierung einer neuen Adresse zu verwenden. Diese Vorgehensweise vereinfacht anschliessend das weitere Vorgehen, da nämlich, wenn eine Broadcast-Adresse bereits in dieser Phase mitgehört wird, die weiter unten in Phase 3 beschriebene Bestimmung der Broadcast-Adresse entfallt.
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Die basierend auf der im Netz mitgehörten IP-Adresse erzeugte, neue IP-Adresse kann auf unterschiedliche Weise generiert werden. Im wesentlichen geht es dabei darum, die Adresse innerhalb des gleichen Netzes abzuändern und anschliessend die Verfügbarkeit der gewählten Adresse zu überprüfen. Zum Beispiel kann das letzte Byte um einen fixen Wert wie beispielsweise 1 inkrementiert oder dekrementiert werden, es kann das letzte Byte mit einer Zufallszahl belegt werden, es kann das letzte Byte algorithmisch von einer Systemkonstante abgeleitet werden (z. B. MAC-Adresse oder aktuelle Zeit), oder aber es kann diesem letzte Byte ein fixer Wert zugewiesen werden (typischerweise werden nämlich nur bestimmte Werte vergeben).
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Die Verfügbarkeit der erzeugten IP-Adresse kann über eine Adressen-Auflösungs-Abfrage (Address Resolution Protocol-Request, ARP-Request) mit der erzeugten IP-Adresse erfolgen, und dabei bei Ausbleiben einer Antwort die Verfügbarkeit der erzeugten IP-Adresse angenommen werden respektive bei Erhalt einer Antwort deren Nicht-Verfügbarkeit.
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Typischerweise findet das erfindungsgemässe Verfahren nur dann Anwendung, wenn im Netzwerk keine automatische und ggf. dynamische Vergabe von IP-Adressen zur Verfügung steht (das heisst nicht in Situation (a) wie sie oben beschrieben ist). Entsprechend wird vorzugsweise zunächst überprüft, ob im Netzwerk ein Server zur automatischen, ggf. dynamischen Zuordnung von IP-Adressen vorhanden ist (z. B. DHCP oder BOOTP), und bei Anwesenheit eines derartigen Servers weist der neue Teilnehmer sich die von diesem Server zugeordnete IP-Adresse zu. Erst wenn eine derartige automatische Zuordnung im Netzwerk nicht zur Verfügung steht, wird das erfindungsgemässe Verfahren angewendet.
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Wenn in der ersten Phase innerhalb einer charakteristischen Zeit von typischerweise im Bereich von drei Minuten keine gültige IP-Adresse empfangen wird, kann eine automatische Vergabe unter Zuhilfenahme von Auto-IP vorgenommen werden, wobei ggf. mitgeschriebene und damit offenbar bereits im Netzwerk in Gebrauch befindliche IP-Adressen im Bereich von 169.254.???.???, d. h. durch Auto-IP erzeugte Nummern, berücksichtigt werden.
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Die vorliegende Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass es sich beim neuen Teilnehmer um einen Teilnehmer mit einem Audio-Ausgang handelt, und dass die endgültig zugewiesene IP-Adresse über diesen Audioausgang ausgegeben wird. Diese Ausgabe erweist sich insbesondere dann als vorteilhaft, wenn es sich beim Teilnehmer um ein Endgerät handelt, welches nicht über Eingabemöglichkeiten verfügt.
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Unabhängig vom Verfahren der Bestimmung der IP-Adresse erweist sich der auch unabhängig vom oben erwähnten speziellen Verfahren der Zuordnung von IP-Adressen erfinderische Gedanken, eine neu zugewiesene IP-Adresse über einen Audioausgang sofort auszugeben, als äusserst praktisch und nützlich. Auch wenn z. B. DHCP in einem Netzwerk zur Verfügung steht und dem neuen Teilnehmer so von aussen eine IP-Adresse zugewiesen wird, oder wenn z. B. auch von einem anderen Gerät dem neue Teilnehmer eine IP-Adresse nach manueller Eingabe zugewiesen wird, ist es häufig aus unterschiedlichsten Gründen notwendig, diese zugewiesene IP-Adresse zu kennen. Handelt es sich beim neuen Netzteilnehmer um einen Streamer oder Netzwerklautsprecher für die Ausgabe von wenigstens teilweise über das Netzwerk eingespielter oder wenigstens gesteuerter Musik oder von Durchsagen, so verfügt ein derartiger Streamer häufig nicht über eine Tastatur zur Eingabe einer IP-Adresse und auch nicht über ein Display zur Darstellung einer einmal zugewiesenen IP-Adresse. Entsprechend kann es besonders in einer derartigen Situation äusserst vorteilhaft sein, die Möglichkeit vorzusehen, z. B. über einen im Gerät integrierten Sprachsynthesizer die Nummer automatisch auszugeben.
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Eine weitere Verbesserung des vorgeschlagenen Verfahrens kann dadurch erreicht werden, dass anschliessend an die Zuweisung der IP-Adresse eine automatische Bestimmung von Broadcast-Adresse und Netzmaske vorgenommen wird. Dies ist vor allem dann notwendig, wenn der neue Netzteilnehmer einen Kommunikationspartner (z. B. Server) per Broadcast suchen soll. Meistens kann die gültige Broadcast-Adresse leicht aus den in Phase 1 mitgehörten Datenpaketen ermittelt werden, da normalerweise als Empfänger-Adresse von derartigen Paketen nur Broadcast-Adressen oder Multicastadressen in Frage kommen. Muss die Broadcast-Adresse dennoch bestimmt werden, so kann dies z. B. erfolgen, indem zunächst unter Verwendung der ersten drei Bytes (zunächst Annahme eines einfachen Klasse C Netzwerks) der vergebenen gültigen IP-Adresse aus dem Netzwerk alle möglichen Broadcast-Adressen von unten ansteigend mit einer Anfrage über Protokolle wie z. B. Ping überprüft werden. Die Überprüfung geschieht dabei so, dass die Bits der IP-Adresse von rechts gewissermassen mit Einsen aufgefüllt werden, nämlich die ersten 8 Bits von rechts (00000001, 00000011, 00000111, 00001111, etc., einfaches Klasse C-Netzwerk). Wird so keine Broadcast-Adresse gefunden, so kann es sich um ein grösseres, zusammengesetztes Klasse C-Netzwerk handeln oder auch um ein Klasse B oder ein Klasse A-Netzwerk (dies kann von den ersten Bits der Adresse abgeleitet werden). Entsprechend werden die hintersten Bits sukzessive in analoger Weise auf mögliche Broadcast-Adressen von rechts mit 1 auffüllend überprüft. Als gültige Broadcast-Adresse wird die erste IP-Adresse genommen, auf welche irgendwelche Teilnehmer im Netz mit niedrigerer IP-Adresse antworten. Anschliessend wird die Netzmaske derart festgelegt, dass die Network-Bits oberhalb des Broadcast-Anteils auf 1 gesetzt werden und alle Bits des Broadcast-Anteils auf 0 gesetzt werden.
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Da bei einen automatischen und autonomen Verfahren u. U. IP-Adressen vergeben werden, welche einem im Moment der Zuweisung nicht am Netz befindlichen Gerät fest zugewiesen sind (z. B. ausgeschalteter Drucker oder Rechner), und entsprechend bei einer späteren Zuschaltung eines derartigen Gerätes Doppelbelegungen auftreten können, sollte periodisch überprüft werden, ob die zugewiesene IP-Adresse tatsächlich noch zur Verfügung steht. Entsprechend sollte nach der genannten Vergabe der IP-Adresse periodisch über Abfragen im Netzwerk überprüft werden, ob die IP-Adresse des neuen Teilnehmers immer noch eindeutig ist, und es sollte, falls ein weiterer Teilnehmer mit der gleichen IP-Adresse gefunden wird, über erneuten Eintritt in die zweite Phase eine freie und gültige IP-Adresse gesucht, überprüft und zugeordnet werden. Ebenso sollte zyklisch immer wieder auf die vielleicht nur temporär gestörte Verfügbarkeit eines automatischen Konfigurationsservers (DHCP, Bootp) geprüft werden, und bei Verfügbarkeit eines solchen von diesem eine Adresse angefordert werden.
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Gemäss einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens wird auf wenigstens einem bereits im Netzwerk integrierten Netzwerkteilnehmer ein Programm ausgeführt, welches Datenpakete in Form von Markern absetzt, um dem neuen Teilnehmer anzuzeigen, in welches Netzwerk er sich integrieren soll. Dieses Programm kann vom Hersteller eines neuen Gerätes beispielsweise auf einer CD mitgeliefert werden und nach Einlegen einer derartigen CD automatisch gestartet werden, um benutzerseitig die erforderlichen Kenntnisse und Erfahrungen so niedrig wie möglich zu halten. Dieses Verfahren ist insbesondere dann sinnvoll, wenn z. B. in einem kabelbasierten Netzwerk mehrere unterschiedliche IP-Domains aktiv sind, da es ansonsten passieren kann, dass sich der neue Netzwerkteilnehmer in das falsche Netz integriert. Besonders wichtig ist dieses Vorgehen, wenn es sich um Funknetzwerke handelt, da diese schlecht voneinander abgegrenzt werden können, und sehr häufig beispielsweise das Funknetzwerk eines benachbarten Büros oder Gebäudes vorhanden und auch zugänglich sein kann. Es muss bemerkt werden, dass diese Übermittlung von Marker unabhängig von der anschliessenden Festlegung der IP-Adresse durch den neuen Teilnehmer, wie sie im unabhängigen Anspruch beschrieben wird, eine Erfindung darstellt.
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Handelt es sich beim Funknetzwerk um ein unverschlüsseltes kabelbasiertes Netzwerk, so können die Marker Datenpakete sein, deren Inhalt direkt den neuen Teilnehmer eindeutig ansprechen. Handelt es sich aber beispielsweise um ein Funknetzwerk, welche üblicherweise wegen deren bereits genannten schlechten Abgrenzung voneinander häufig verschlüsselt betrieben werden, so ist ein derartiges direktes Ansprechen des neuen Teilnehmers nicht möglich. In diesem Fall können, um dem neuen Teilnehmer anzuzeigen, auf welchem Kanal er sich integrieren soll, Marker in codierter Form auf dem Netz abgesetzt werden. Eine derartige Kodierung kann beispielsweise darin bestehen, Datenpakete spezifischer und erkennbarer Blocklänge und/oder spezifischer und erkennbarer zeitlicher Beabstandung abzusenden, da derartige Regelmässigkeiten unabhängig von der Verschlüsselung vom neuen Teilnehmer erkannt werden können. So kann der Teilnehmer durch Mithören feststellen, auf welchem Kanal er sich integrieren soll.
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Gemäss einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden mit den Marker direkt oder indirekt, vorzugsweise über eine Kodierung (Paketlänge oder deren Beabstandung), Netzwerkparameter an den neuen Teilnehmer übergeben. So können beispielsweise über diese codierte Übertragungsweise Angaben wie SSID/BSID, aber auch die zu vergebende IP-Adresse und insbesondere auch der geltende Netzwerkschlüssel an den neuen Teilnehmer übermittelt werden. Insbesondere bevorzugt wird anschliessend bevorzugt auf dem neuen Teilnehmer die Sicherheit und Verlässlichkeit der Datenübertragung über entsprechende Kontrollmechanismen (zyklische Wiederholung, Prüfsummen etc.) verifiziert. Die mit der Übergabe von Markern in ein Netzwerk verbundene Sicherheitslücke sollte minimiert werden indem der neue Teilnehmer nach seiner erfolgreichen Anmeldung im Netzwerk dem bereits im Netzwerk integrierten Netzwerkteilnehmer seine Anmeldung quittiert und anschliessend das Programm auf dem bereits im Netzwerk integrierten Netzwerkteilnehmer automatisch angehalten wird.
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Insbesondere wenn mehrere neue Teilnehmer gleichzeitig im Netz integriert werden sollen, erweist sich als vorteilhaft, die Marker in Abhängigkeit einer für den neuen Teilnehmer spezifischen Kennzahl wie beispielsweise in Abhängigkeit seiner MAC-Adresse abzusetzen. Besonders dann, wenn es sich um ein verschlüsseltes Netzwerk handelt, empfiehlt es sich, die mit dem Absetzen von Markern, welche die Informationen über den Netzwerkschlüssel enthalten, verbundene Sicherheitslücke möglichst gering zu halten. Dies kann erreicht werden, indem es sich bei den Markern ihrerseits um verschlüsselte Informationen handelt, wobei dann beispielsweise der Schlüssel von einer spezifischen Kennzahl wie beispielsweise der MAC-Adresse des neuen Teilnehmers abgeleitet sein kann. Auch ein einfacher „Transportschlüssel”, der der markersendenden Software und auch dem noch nicht konfigurierten Gerät bereits ab Werk bekannt ist, erhöht die Sicherheit schon wesentlich.
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Wie bereits eingangs erwähnt, betrifft die vorliegende Erfindung ausserdem einen Netzteilnehmer zum Anschluss an ein Netzwerk. Dieser Netzteilnehmer umfasst wenigstens ein Kommunikations-Interface zum Austausch von Daten mit dem Netzwerk, wenigstens ein Speichermedium, sowie wenigstens einen mit diesem Interface und dem Speichermedium in Verbindung stehenden Prozessor (CPU), wobei das Speichermedium Programme zur Durchführung durch den Prozessor enthält. Erfindungsgemäss ist dabei im Speichermedium (RAM oder ROM, Festplatte) ein Programm zur Durchführung des Verfahrens zur automatischen und autonomen IP-Adressenvergabe, wie sie oben beschrieben ist, gespeichert. Vorteilhafter Weise aktiviert der Netzteilnehmer dieses Programm automatisch nach Anschluss an ein Netzwerk, sofern es noch nicht aktiviert ist. Ausserdem verfügt der Netzteilnehmer über einen Audioausgang, über welchen eine zugewiesene IP-Adresse ausgegeben wird.
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Ausserdem betrifft die Erfindung ein Computerprogramm zur Durchführung eines Verfahrens, wie es oben beschrieben ist respektive zur Speicherung in einem Netzteilnehmer, wie oben beschrieben ist.
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Weitere bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGUR
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Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden. Die einzige Fig. zeigt ein Flussdiagramm des erfindungsgemässen Verfahrens zur Zuweisung von IP-Adressen.
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WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
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Die Erfindung macht den Einsatz von netzwerkfähigen Geräten in Netzen der eingangs beschriebenen Variante b) (ohne DHCP Server – oder mit DHCP Server der fix konfiguriert ist) möglich OHNE dass den Geräten aktiv eine fixe IP-Adresse zugewiesen werden muss. Das ist insbesondere bei Geräten von Vorteil, die über keine Bedieneinrichtung (Display/Tastatur) verfügen – die also nur per Netzwerk konfigurierbar sind. Beispielsweise kommen dazu Geräte wie Audio-Streamer in Frage, welche über das Internet eingespielte oder wenigstens teilweise kontrollierte Musik wiederzugeben in der Lage sind.
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Die Erfindung ist kompatibel zu den bekannten Verfahren der automatischen Konfiguration (DHCP, Auto IP) und stört den Einsatz eines mit ihr ausgestatten Gerätes in Standardnetzwerken nicht. Das Verfahren schliesst gewissermassen die Lücke zwischen einem Netzwerk mit DHCP und einem Netzwerk ohne jede strukturierte Vergabe von IP-Adressen (typischerweise ein Netz mit Auto-IP).
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Üblicherweise wird ein Gerät, dem keine statische IP Adresse gesetzt wurde (z. B. ein neu zugeliefertes Gerät, das zum ersten Mal, in ein Netz integriert werden soll) zuerst einmal nach einem DHCP Server suchen. Wird von keinem Server innerhalb einer bestimmten Zeitspanne eine Antwort registriert, wird bei Geräten in denen Auto IP implementiert ist, nach Abwarten dieser Zeit per Auto IP eine IP Adresse in einem bestimmten, festgelegten Netzwerk (IP Netzwerk Klasse B, 169.254.x.x, d. h. Zahlen im Bereich von 169.254.1.0 bis 169.254.255.254) per Zufallszahlgenerator erzeugt und diese auf Nichtvorhandensein überprüft. Wird festgestellt, dass die Adresse bereits belegt ist (Test z. B. über ein ARP Paket), wird eine neue Adresse im definierten Bereich erzeugt und wieder geprüft.
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Das Spiel wiederholt sich solange, bis eine freie ”Auto-IP”-Adresse gefunden wird oder eine bestimmte maximale Anzahl Versuche erfolgt ist. Eine derartige IP-Adresse erlaubt aber keine direkte Kommunikation nach aussen.
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Die Erfindung greift nun zwischen der Suche nach einem DHCP Server und der Auto-IP Adressgenerierung (sofern überhaupt implementiert) ein.
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Das Verfahren ist schematisch in Form eines Flussdiagramms in 1 dargestellt und soll anschliessend in Worten erläutert werden:
Phase 1 (vergleiche geschweifte Klammer in 1):
Wenn möglich, wird bereits bei Start des Systems, schon während der Suche nach einem DHCP Server, ein Handler für empfangene Blöcke vom Netzwerk installiert, der möglichst alle Broadcasts, Multicasts und ARP requests des Netzwerkes empfangen sollte. Spätester Zeitpunkt der Installation dieses Handlers ist jedoch mit Beginn der Phase der Detektion von im Netzwerk bereits vorhandenen IP-Adressen. Dieser Handler ist sehr einfach aufgebaut. In jedem eintreffenden Block wird die Quellen-IP-Adresse überprüft (ist bei jedem IP Block, sei es Broadcast, Multicast vorhanden, in ARP Blöcken gibt es ebenfalls die Source-IP Adresse), ob es sich um eine gültige Adresse handelt (nicht 0.0.0.0, nicht 255.255.255.255). Ist es eine Auto IP-Adresse (169.254.x.x), wird dies vermerkt und die Suche geht weiter.
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Sobald der erste Block mit gültiger IP Quellenadresse ungleich Auto IP empfangen wurde oder eine bestimmte Zeit (ca. 3 Minuten ist sinnvoll) verstrichen ist, kann der Handler wieder deinstalliert werden. Ist dies technisch nicht möglich wird er inaktiviert.
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Wurde innerhalb der Suchzeitspanne keine oder nur Auto IP Adressen empfangen, wird der Algorithmus abgebrochen und Standard-Auto IP aktiviert.
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Wurde innerhalb der Suchzeitspanne eine gültige IP Quellenadresse empfangen (ungleich Auto IP), wird Phase 2 begonnen.
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Phase 2:
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Die empfangene, gültige IP Quellenadresse wird nun wie folgend untersucht und bearbeitet:
Das letzte Byte der IP-Adresse wird auf einen anderen Wert gesetzt, wobei es hier verschiedene Taktiken geben kann. Die erzeugte Adresse muss natürlich gültig sein, und um dieses möglichst sicherzustellen, darf die 0 und sollte die 255 nicht verwendet werden. Mögliche Taktiken (nicht vollständige Liste):
- a) die ”nächste” Adresse (originalwert +1)
- b) eine Zufallszahl
- c) eine algorithmisch von einer Systemkonstante (z. B. MAC Adresse oder Zeit) abgeleitete Zahl
- d) ein fixer Wert, z. B. 168 (IP-Adressen mit z. B. der letzten Stelle .168 sind in kleineren Netzen statisch unterrepräsentiert, 1, 2, 3, 10, 11, 100, 200, 254 sind viel häufiger)
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Die gewählte Adresse (erste drei Byte sind die mitgehörten) wird nun per ARP search (möglichst 2× in kurzem Zeitabstand zur Erhöhung der Sicherheit) darauf überprüft, ob diese nicht schon belegt ist. Wenn ja, wird eine neue Adresse erzeugt, durch Erhöhen um ein Inkrement, neue Zufallszahlgenerierung oder wieder algorithmisch unter Einbeziehung der Information, dass ein neuer Versuch unternommen wird.
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Die Anzahl der Versuche sollte auf einen vernünftigen Wert (z. B. 32 mal) begrenzt werden.
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Ist die Adresse nicht belegt, wird diese als IP-Adresse des Gerätes eingestellt.
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Je nach Anwendung kann es jetzt noch wichtig sein, die sog. ”Netmask”-Netzmaske- und damit indirekt die ”Broadcast” Adresse zu detektieren.
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Dies wird in der (ja nach Anwendung) optionalen Phase 3 gemacht: Es wird auf einen allgemein verfügbaren Port (z. B. ICMP echo request) ein Datagramm geschickt per Hardware-Broadcast, wobei die empfangene Quellen IP-Adresse von rechts mit ”1” Bits stückweise aufgefüllt wird. Wird die Broadcast Adresse ”getroffen”, werden Geräte die Anfrage beantworten, aber mit Ihrer privaten IP-Adresse als Absender, und die ist dann ungleich der gewählten, getesteten möglichen Broadcast Adresse. Aus der Anzahl der ”1” Bits lässt sich die Netzmaske nun spielend ableiten.
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Wurde vom neu in das Netzwerk integrierten Teilnehmer, bei welchem es sich um einen Rechner wenigstens mit einer CPU, einem Speicher (RAM und/oder ROM und/oder Festplatte) sowie mit wenigstens einem Interface zum Netzwerk handelt, eine gültige und zur Verfügung stehende IP-Adresse gefunden, so wird sich diese der neue Teilnehmer automatisch zuweisen. Insbesondere, wenn es sich um ein Gerät handelt, welches über keine Tastatur und/oder Bildschirm verfügt, kann es sich dann nach der Zuweisung als äusserst praktisch erweisen, wenn z. B. über einen Lautsprecher und ebenfalls im Teilnehmer enthaltene Spracherzeugungssoftware die endgültig zugewiesene IP-Adresse über diesen Lautsprecher ausgegeben wird. Wird beispielsweise als neues Gerät ein über das Internet ansprechbarer Music-Streamer angeschlossen, so ist es für die anschliessende Ansteuerung entscheidend, dessen IP-Adresse zur Verfügung zu haben. Entsprechend sollte diese nach dem Anschluss bekannt gegeben werden. Es ist natürlich auch möglich, einen derartigen Music-Streamer mit einer Software zu versehen, welche die definitiv eingestellte IP-Adresse unmittelbar nach der Erzeugung und Zuweisung an einen Server übermittelt, welcher dann die Seriennummer des Gerätes erkennt und dieses direkt ansprechen kann.
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Konkretes Beispiel für das gesamte Verfahren:
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- Phase 1: Gerät wartet auf eingehende Blöcke:
Block 1 – IP Broadcast von Adresse 0.0.0.0 –
ungültige Adresse, ignorieren
Block 2 – IP Broadcast von Adresse 169.254.17.13 –
Auto IP Adresse, diese vermerken aber weitersuchen
Block 3 – ARP request von IP 192.168.1.17 –
gültige IP Adresse, also Phase 1 beenden.
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- Phase 2: Überprüfung ob nur Auto IP-Adresse empfangen wurde –
Resultat negativ, also Phase 2 ausführen.
Adressgenerierung – z. B. nach Algorithmus d). Testadresse ist jetzt 192.168.1.168
Prüfung der Adresse 192.168.1.168 auf verfügbar. Wenn nicht verfügbar, neue Adresse nach beschriebenen Verfahren definieren und Prüfung wiederholen. Im Beispiel sei angenommen dass die Adresse frei ist.
Resultat: IP-Adresse 192.168.1.168 wird als IP-Adresse des Gerätes übernommen.
Dann: Automatische Ausgabe dieser IP-Adresse über einen Lautsprecher.
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- Phase 3: Feststellung der Broadcastadresse/Netzmaske.
Am 1. Byte wurde bereits erkannt, dass es sich um ein Klasse C-Netzwerk handeln muss, d. h. nur das letzte Byte muss auf mögliche Broadcast-Adressen untersucht werden.
Senden eines Ping via Hardware Broadcast an IP-Adresse 192.168.1.3 (minimal mögliche Grösse eines IP Netzwerkes, das letzte Byte entspricht binär 00000011)
Resultat: Antwort von Gerät 192.168.1.3
Senden eines Ping via Hardware Broadcast an IP 192.168.1.7 (das letzte Byte entspricht binär 00000111)
Resultat: keine Antwort
Senden eines Ping via Hardware Broadcast an IP 192.168.1.15 (das letzte Byte entspricht binär 00001111)
Resultat: keine Antwort oder Antwort vom Gerät 192.168.1.15
...
Senden eines Ping via Hardware Broadcast an IP 192.168.1.255 (das letzte Byte entspricht binär 11111111)
Resultat: Antwort von Gerät 192.168.1.1, 192.168.1.2, 192.168.1.3, 192.168.1.17. Offensichtlich handelt es sich bei der geprüften Adresse um die Broadcastadresse (Geräte mit ”anderen”, kleineren IPdressen als die geprüfte antworten).
Resultat: 192.168.1.255 ist Broadcast Adresse, 255.255.255.0 ist die Netzmaske.
Dann: automatische Ausgabe dieser IP-Adresse über einen Lautsprecher.
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Wenn auf einem Netzwerk mehrere Netze aktiv sind (z. B. verschiedene IP-Adressen-Bereiche nebeneinander) oder insbesondere wenn es sich um ein Wireless-Netzwerk handelt, welches sogar verschlüsselt sein kann, kann dieses Netzwerk dennoch auf jeden Fall zur Datenübertragung genutzt werden, auch wenn es verschlüsselt operiert, solange man von mindestens einem Gerät, welches bereits im Netzwerk integriert ist, Zugriff auf das Netzwerk hat. Dies kann über eine Kodierung der an den neuen Teilnehmer zu übermittelnden Information (welches Netz, Netzparameter) realisiert werden. Diese Information wird in Form von Markern auf dem Netz abgesetzt und kann vom neuen, noch nicht integrierten Teilnehmer mitgehört werden.
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Beispielsweise sind zwei ”Kodierverfahren” für diese Marker denkbar:
- a) Daten über die Blocklänge übermitteln (auch wenn der Inhalt verschlüsselt ist, kann die Länge des Blockes zumindest grob bei üblichen Verschlüsselungsverfahren auch ohne Kenntnis des Schlüssels detektiert werden).
- b) Daten über eine Zeitkodierung übermitteln, z. B. alle 50 ms einen Datenblock schicken, das Auslassen des Blockes (oder Generierung eines zweiten Blockes kurz nach dem ersten Block) kann zur Informationsübertragung an den zu integrierenden Teilnehmer genutzt werden.
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Natürlich werden auf dem Netzwerk auch andere Daten übermittelt werden, so dass sich der ”Empfänger” (d. h. der mithörende neue Teilnehmer) auf das Zeitraster des Senders, das bekannt sein muss, aufsynchronisieren muss, und die Sicherheit der Datenübertragung sollte durch zyklische Wiederholung/CRC und/oder Prüfsummen gewährleistet werden.
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Mit dieser Vorgehensweise kann dann die ”Vorphase”, das richtige Netzwerk zu identifizieren und die Netzwerkparameter (SSID/BSID/Schlüssel etc.) zu übermitteln, beispielsweise wie folgend gelöst werden:
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I) Identifizierung
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- I.1) auf einem mit dem Netzwerk, auf das das neue Gerät angemeldet werden soll, verbundenen Gerät mit Sendeberechtigung wird ein Programm gestartet, das in einem festgelegten Zeitraster Datenblöcke mit fixer oder variabler Länge, und unerheblichem Inhalt sendet.
- I.2) ein Gerät, das auf einem Netzwerk angemeldet werden soll (weil es z. B. noch über keine Konfiguration verfügt oder mit der gespeicherten Netzwerkkonfiguration auf keinem vorhandenen Netzwerk einloggen kann), überprüft sämtliche vorhandenen Netzwerke auf das Vorkommen eines regelmässigen, im festen Zeitraster auftretenden derartigen Musters. Wird ein solcher Marker über eine gewisse Zeit (mit eventuellen Fehlern bei voller Last auf dem Netz) identifiziert, kann mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit davon ausgegangen werden, das korrekte Netzwerk gefunden zu haben.
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II) Übertragung der Netzwerkparameter
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- II.1) werden Schlüssel benötigt, oder sollen Netzwerkparameter übermittelt werden (SSID/BSID, aber auch IP-Adresse u. ä.), werden diese Informationen in das ”Sendeprogramm” (I.1) eingegeben oder von diesem automatisch aus der Netzwerkkonfiguration ermittelt. Diese Daten werden dann bitweise mittels zeit- und/oder längenkodierten Blöcken auf dem Netzwerk abgesetzt und können vom neuen noch nicht integrierten Teilnehmer mitgehört werden (”broadcasting”).
- II.2) das zu konfigurierende Gerät, das bereits im Schritt I) das Netzwerk identifiziert hat, übernimmt die codierten Daten aus den übermittelten Blöcken, überprüft die Checksumme/CRC soweit vorhanden (oder empfängt die Nachricht mehrfach), und nutzt diese Parameter dann als Basis für die Konfiguration respektive für das automatische Anmelden im Netzwerk.
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Folgende Varianten sind dabei sinnvoller Weise denkbar:
- a) das Gerät, das so konfiguriert wurde, kann sich, wenn die IP/Absenderadresse des ”Broadcasters” im codierten Datenstrom mit angegeben ist, nach erfolgter Anmeldung bei diesem ”zurückmelden” und so dem Benutzer ein klares Feedback geben, dass die Konfiguration erfolgreich war. Diese Rückmeldung sollte automatisch dazu führen, dass das Programm, welches auf dem bereits vorher im Netz integrierten Rechner zum Absetzen der Marker gestartet worden war, automatisch angehalten wird, um die Sicherheitslücke, mit welcher ein derartiges Programm meist verbunden ist, möglichst kurz offen zu halten.
- b) durch Einfügen der z. B. MAC-Adresse des ”Zielgerätes” kann sichergestellt werden, dass nur genau ein Gerät konfiguriert wird – was z. B. notwendig ist, wenn mittels des beschriebenen Verfahrens auch die IP-Adresse oder andere im Netzwerk eindeutige Adressen übertragen werden sollen, oder um die gleichzeitige problemlose Integration von mehreren neuen Teilnehmern zu erlauben.
- c) die übermittelten Informationen können vor der Übertragung verschlüsselt werden, wobei es nur notwendig ist, dass das ”broadcast” Programm und das zu konfigurierende Gerät den gleichen Schlüssel kennen. Dieser kann z. B. von der MAC-Adresse des Gerätes abgeleitet werden, wodurch sich dann automatisch b) ergibt.
