1. Grundlagen Flashcards
Welche Netztopologien gibt es?
Stern, Baum, Ring, Bus, Vollvermaschung, Teilvermaschung
Unicast
1:1 Kommunikation
Multicast
1:n Kommunikation
Concast
n:1 Kommunikation
Multipeer
m:n Kommunikation
Broadcast
1:alle Kommunikation
Was bedeutet Encapsulation?
Jede Schicht fügt dem Paket der höheren Schichtr einen eigenen Paketkopf und eventuell einen Anhang hinzu. Das Paket der höheren Schicht wird transparent im Datenteil übertragen
Transportschicht
(4) TCP/UDP:
zuverlässiger/unzuverlässiger Transfer zwischen Anwendungen
Vermittlungsschicht
IP&Co (3)
Ende-zu-Ende-Transfer, Routing, Vermittlung
Sicherungsschicht
(2) gesicherter Datentransfer, Zerlegung des Bitsroms in Frames
Physikalische Schicht
(1) Übertragen von Bitfolgen über physikalisches Medium
Warum ist IP verbindungslos?
IP ist nur für Vermittlung (Paketzustellung, Wegewahl) zuständig.
Router müssen keine Verbindungen managen, sie halten keinen Verbindungskontext, daher sehr effizient.
Was bedeutet Multiplexen? Welche Varianten gibt es?
Übertragung mehrere Kanäle (Signalströme) über einen Link.
- Zeitmultiplexen
- Frequenzmultiplexen
Was bedeutet Zeitmultiplex? Welche Arten gibt es?
Zeitmultiplexen: TDM, Time Division Multiplexing: Kanäle werden zeitlich versetzt übertragen. Die gesamte Übertragungskapazität wird kurzzeitig einem Kanal zur Verfügung gestellt.
Synchrones TDM: Übertragung in periodischen Intervallen. Keine Adressierung notwendig.
Asynchrones TDM: Übertragung nicht periodisch, sondern bei Bedarf. Adressinformationen sind notwendig, da über den Zeitslot nicht auf die Herkunft geschlossen werden kann. Heute Praxis in Netzwerken, da effizienter.
Was bedeutet Frequenzmultiplex
Frequenzmultiplexen: FDM, Frequency Division
Multiplexing (z.B. Glasfaser): Mehrere Kanäle werden simultan über verschiedene Frequenzen übertragen. Effizienter als TDM.
Was ist der Unterschied zwischen Routing und Vermittlung?
Routing: Fülle die Routingtabelle (finde Wege zum Empfänger). Das ist die Aufgabe von Routingprotokollen.
Vermittlung: Nutze die Routingtabelle (Wähle den richtigen Ausgang/Link). Das ist die Aufgabe von IP.
Was sind die Vor- und Nachteile der IP-Datagrammvermittlung?
+ robust + unabhängige Wegewahl + alle Pakete werden gleich behandelt (Netzneutralität)
- verbindungslose, unzuverlässige Übertragung
- Verluste und Fehler möglich - jedes Paket muss einzeln adressiert werden
- jede Adresse muss in der Routingtabelle nachgeschlagen werden
- variable Verzögerung (Jitter)
- teilweise hohe Ende-zu-Ende-Verzögerung
Nach welchem Prinzip arbeitet ein Router?
FIFO
Woraus setzt sich die Gesamtverzögerung bei der IP-Datagrammvermittlung zusammen?
Processing Delay -> Verarbeitungszeit im Router
Queuing Delay -> Speichern des Pakets in der Warteschlange
Transmission Delay -> Senden der Bits auf den Link (Bandbreite)
Propagation Delay -> Senden über den Link (Entfernung)
Vermittlungstechnik im Internet
Paketvermittlung/Datagrammvermittlung: verbindungslose Datagrammvermittlung, die in jedem Zwischensystem im Netzwerk in einer Warteschlange gespeichert werden und dann anhand ihrer Adressinformationen weiter in Richtung Ziel vermittelt werden.
Welche Fehler können bei der Datenübertragung auftreten?
Bei der Datenübertragung können Einzelbitfehler, Paketverluste oder Duplikate vorkommen.
Mittels Paritätsbits oder Prüfsummen (CRC) können Einzelbitfehler erkannt werden.
Paketverluste und Duplikate können durch den Einsatz von Sequenznummern vermieden werden.
Paritätssicherung
Paritätssicherung: Durch Paritätssicherung können Einzelbitfehler behoben werden. Komplexe Bitfehler werden erkannt, können aber teilw nicht behoben werden.
Gerade Parität: die Gesamtzahl der Einsen (einschl. Paritätsbit) muss gerade sein
Ungerade Parität: die Gesamtzahl der Einsen (einschl. Paritätsbit) muss ungerade sein
Behebung des Fehlers am Schnittpunkt von Zeile und Spalte
ARQ
Welche Varianten gibt es? Wie unterscheiden sie sich?
Go-Back-N: Ab dem fehlerhaften Paket werden alle bereits gesendeten Pakete erneut übertragen.
Selective Repeat: Es wird nur das fehlerhafte Paket wiederholt.
FEC
+ Vorteile & Nachteile
FEC: Forward Error Correction. Durch Redundanz können Fehler beim Empfänger direkt behoben werden ohne eine Wiederholung anzufordern. Durch k (beliebige) korrekt übertragene Datenpakete können k Originalpakete rekonstruiert werden.
→ Paketverlustwahrscheinlichkeit kann reduziert werden ohne dass es zu Verzögerungen durch Wiederholungen kommt.
→ Erhöhte Bandbreite, auch wenn keine Fehler im Netz auftreten
Piggybacking
Quittungen werden dem nächsten Datenpaket in Gegenrichtung „huckepack“ mitgegeben, da separate Kontrollpakete Bandbreite verschwenden.
MAC-Adresse
Aufbau & Eigenschaften
MAC-Adressen: weltweit eindeutig, mit Netzwerkkarte verbunden, 6Byte(48Bit) lang
1Bit Unicast/Multicast,
1Bit global/local,
22Bit Organisationskennung,
24Bit Seriennummer
→ flache Adressen, konfigurationslos
CSMA/CD
Nur in Kollisionsdomänen bei Bustopologien oder Switch-Halbduplex (MA) relevant!
1) Jede Station hört den Bus ab und wartet bis er frei ist (Carrier Sense)
2) Wenn frei ist, kann gesendet werden und der Bus wird währenddessen weiterhin abgehört (CD)
3) Bemerkt ein Sender eine Kollision, sendet er ein Jammingsignal
4) Backoff-Algorithmus: nach zufälliger Zeitspanne (0,1) erneut senden. Zeitspanne erhöht sich mit
jedem Fehlversuch (0,3) (0,(2^i)-1)
5) Bei erfolgreicher Übertragung wird der Algorithmus zurückgesetzt
→ zügige Kollisionsauflösung bei niedriger Verzögerung
CSMA/CA
CSMA/CA
1) Jede sendewillige Station hört das Medium ab
2) Wenn Medium frei, warte DIFS
Wenn Medium belegt, warte DIFS+BACKOFF
3) Sende Daten
4) Warte SIFS/DISF (nach SIFS kommt die Quittung)
5) Bei DIFS: starte Backoff / bei SIFS: sende direkt
Im Gegensatz zu CSMA/CD keine
Kollisionserkennung
→ daher kein Abbruch bei Kollisionen
RTS/CTS
RTS/CTS: optional!
1) Nach DIFS schickt sendewillige Station ein 20 Byte langes RTS-Paket (inkl. Stationen&Belegungsdauer)
2) Empfänger antwortet nach SIFS mit 14Byte langem CTS (inkl. Stationen und Belegungsdauer)
3) Alle Stationen die CTS empfangen, setzen Timer und bleiben solange inaktiv
4) Sender schickt Daten nach SIFS
5) Empfänger schickt ACK nach SIFS
6) sendewillige Stationen warten DIFS und gehen in Backoff-Algorithmus
→ höhere Verzögerung durch zusätzliche Pakete, allerdings viel kürzere Kollisionsperiode da nur
RTS (14Byte) kollidieren kann (vs Datenpaket 2346Byte).
Switch-Filterdatenbasis
Die Filterdatenbasis wird durch Backward-Learning befüllt. Dort werden die Sender-MACs eingetragen. Pakete an unbekannte Empfänger werden geflutet.
IP Adressklassen
IP-Adressen:
Klasse A: 1.0.0.0 bis 127.255.255.255
Klasse B: 28.0.0.0 bis 191.255.255.255
Klasse C: 192.0.0.0 bis 223.255.255.255
Klasse D: 224.0.0.0 bis 239.255.255.255
Private Adressen:
Klasse A: 10.0.0.0 bis 10.255.255.255
Klasse B: 172.16.0.0 bis 172.31.255.255
Klasse C: 192.168.0.0 bis 192.168.255.255
DHCP
→ UDP!
1) DHCP-Discover: IP-Broadcast, Absender-IP:0.0.0.0., erreichbar über Absender-MAC
2) DHCP-Offer: IP-Broadcast, an Mac des Clients, IP, Netmask, Gateway, Nameserver, Leasetime
3) DHCP-Request: IP-Broadcast, direkt an Mac des Clients
4) DCHP-Ack: IP-Broadcast, direkt an Mac des Clients, mit Parametern des Offers
IP
Ende-zu-Ende Übertragung von IP-Datagrammen über unterschiedliche Netzwerke.
Unzuverlässig und verbindungslos.
Aufgaben: Lokalisierung, Vermittlung, Segmentieren&Reassemblieren(MTU),TTL-Prüfung
ICMP
Transport über IP
ping: ICMP-Echo_Request, ICMP-Echo-Reply
Meldungen: destination unreachable, time exceeded (TTL abgelaufen)
RTT: Round Trip Time
traceroute: Start bei TTL=1, inkrementiere und warte auf ICMP-Nachrichten der Router
ARP
ARP-Table
Abbildung von IP- auf Mac-Adressen in ARP-Table, arp -a
Wenn nicht im gleichen Subnetz, fragt arp nach der MAC des Routers
1) ARP-Request als Broadcast
2) Der gesuchte Rechner antwortet per ARP-Reply (Unicast)
3) Eintragung der Adresse in ARP-Table (Gültigkeit 20min)
Welche Routingprotolle werden wofür genutzt?
Inter-Domain-Routing im Backbone: BGP
Intra-Autonomous-Routing: OSPF, RIP
OSPF
Link State Routing:
1) Router verschicken Hello-Pakete (Inhalt: Kennung, IP, physikalische Adresse), um ihre Nachbarn
kennen zu lernen.
2) Messung der RTT zu Nachbarn über Echo-Pakete
3) Erstellung von Link-State-Paketen mit allen gewonnenen Infos und Flutung dieser (periodisch)
4) Router berechnen aus empfangenen Link-State-Paketen die kürzesten Wege zu allen Systemen
(Shortest Path Algorithmus nach Dijkstra: Erstellung einer Baumstruktur, suchen des kürzesten
Weges durch Addierung von „path costs“.)
NAT
NAT-Table
hier nur Port Address Translation über NAT-Table (eine öffentliche IP)
→ Kritisch, da das Grundprinzip, dass Rechner über IP-Adressen und Dienste über Ports
identifiziert werden hier aufgehoben wird.
Einige Anwendungen können nicht direkt über NAT
kommunizieren oder können keine Verbindungen von außen aufbauen (VoIP)
3-Way-Handshake
normal&überlappend
Bei verbindungsorientierten Protokollen werden Verbindungsparameter wie
Sequenznummern und Protokollfunktionen festgelegt.
allgemein:
→ Connect_Request // ← Connect_Response //→ ACK
bei TCP:
→ SYN // ← SYN,ACK // → ACK
TCP-Verbindungsabbau
asymmetrisch: Die Verbindung wird einseitig abgebaut, wobei Daten verloren gehen können
(unzuverlässig). Der beendende Teilnehmer schickt ein Close_Request und nimmt ab diesem
Zeitpunkt keine Daten mehr an. Die Gegenseit kann nur noch mit ACK antworten.
Symmetrisch: Zwei unidirektionale Verbindungen, die jeweils separat abgebaut werden. Nachdem
ein Teilnehmer alle Daten gesendet hat, schickt er ein Close_Request, das von der Gegenseite per
ACK bestätigt wird wenn alle Pakete korrekt empfangen wurden. In die Gegenrichtung kann
weiterhin gesendet werden.
TCP-Flusskontrolle
Wie heißt das Verfahren?
Wer soll geschützt werden?
Wie funktioniert das Verfahren?
Hat das Ziel den Empfänger zu schützen, damit dieser keine Pakete verwerfen muss.
Sliding-Window: Paketübertragung je nach Kredit. Kredit
wird mit Quittungspaket übertragen. Die maximale Kreditgröße hängt vom Sequenznummernraum ab. Bei 2^n Sequenznummern:
Maximaler Kredit: Bei Go-Back-N: (2^n)-1,
bei Selective- Repeat: (2^n)/2 da sonst nicht eindeutig
bei TCP: Window-Size gibt an, wie viele Bytes der
Empfänger ab der Quittungsnummer noch akzeptiert, also die Datenmenge die unquittiert übertragen werden darf.
ACK-Number gibt das nächste vom Empfänger erwartete Byte an.
TCP-Staukontrolle
Wie heißt das Verfahren?
Wie verhalten sich Schwellwert und Staukontrollfenster?
Verhindert Überlast im Netzinneren. Löst Staus in/vor Routerwarteschlangen auf, indem alle beteiligten Sender gleichzeitig in die Slow-Start-Phase wechseln.
Slow-Start-Algorithmus:
1) Phase Slow-Start: Das Staukontrollfenster startet bei einem Paket und wird nach jeder erfolgreichen Übertragung bis zum Schwellwert verdoppelt.
2) Congestion-Avoidance-Phase: Ab Schwellwert: Das Staukontrollfenster und der Schwellwert
werden pro Runde um 1 (TCP: max=64) erhöht. Tritt ein Timeout auf, wird das Staukontrollfenster
auf 1 reduziert und der Schwellwert vom aktuellen Wert DES STAUKONTROLLFENSTERS halbiert.
DNS-Record
Aufbau eines DNS-Records: DomainName, TTL, Class, Type, Value
A: Adress Record, gibt zu einem logischen Namen die IP an
MX: Mail Exchange, der Mailserver der Domäne
NS: Nameserver, der Nameserver der Domäne
CNAME: Alias-Name
Arten der DNS-Abfrage
rekursiv: Wenn ein Nameserver eine Anfrage nicht beantworten kann, fragt er selbst beim nächsten
Nameserver nach und und leitet die Antwort zurück zum Anfragenden. Die Antwort wird zudem im
Chache gesichert.
iterativ: der Nameserver gibt für alle Anfragen, die er nicht selbst beantworten kann die Adresse des
Servers an, der als nächstes gefragt werden soll. Entlastet den Nameserver.
DNS
Kommando und Protokollabfolge
über UDP
nslookup
1) Name Query
2) Query Response
VoIP-Interleaving
Audiosamples werden in andere Reihenfolge gebracht und dann in Pakete verpackt
Geht ein Paket verloren, fehlt nicht ein ganzer Block, sondern mehrere kleine Zwischenstücke
Die kleinen Lücken werden nicht so stark bemerkt bzw können interpoliert werden
SIP-Verbindungsaufbau mit Server
1) Beide Teilnehmer registrieren sich bei ihrem lokalen SIP-Server → REGISTER
2) SIP-Server speichert die Abbildung der SIP-URL alice@company.com auf die jeweilige IP in DB
3) Ein Teilnehmer sendet SIP-INVITE an SIP-SERVER
4) SIP-Server sucht in DB nach der zugehörigen IP und leitet den SIP-INVITE weiter
5) Antwort: 200 OK, Gegenseite quittiert mit ACK
6) Audioübertragung
SIP-Verbindungsaufbau direkt
-> 1) INVITE sip:bob@X.X.X.X
<- 2) 180 RINGIN
<- 2) 200 OK
-> 3) ACK
4) Audioübertragung
-> 5) BYE
<- 6) 200 OK
SIP-Verbindungsaufbau über Proxy
INVITE an sip:bob@hs-offenburg.de
- Server setzt um auf sip:bob@141.79.73.1
RTSP
Real-Time Streaming Protocol:
über TCP/UDP, out-of-band-Protokoll,
es werden keine Mediendaten übertragen.
RTSP arbeitet wie eine Fernbedienung zwischen Mediaplayer und Mediaserver (play,pause),
nutzt SDP zur Beschreibung
Routingtabelle
Go-Back-N
+ Vor-/Nachteile
ARQ
Go-Back-N: Ab dem fehlerhaften Paket werden alle bereits gesendeten Pakete erneut übertragen. Der Empfänger wartet immer nur auf das nächste Paket. Pakete mit höherer Sequenznummer werden komplett verworfen. Quittungen erfolgen kumulativ mit der nächsten erwareten SeqNr.
→ hoher Bandbreitenverlust bei hoher Fehlerrate
→ kein Aufwänd auf Empfängerseite
Selective-Repeat
ARQ
Selective Repeat: Es wird nur das fehlerhafte Paket wiederholt.
→ hoher Aufwand für den Empfänger, da angekommene Pakete sortiert und verwaltet werden müssen
Zwei Unterschiede zwischen CSMA/CA und CSMA/CD
Kollisionsauflösung bei CSMA/CD schneller
CSMA/CA hat keine Kollisionserkennung und bricht bei Kollisionen nicht ab
SIP-Verbindungsaufbau über Redirect-Server
Redirect-Server wandelt Domainname in IP
Der Client kontaktiert danach selbst die IP
