Computernetzwerke Und Das Internet Flashcards
1
Q
Tele- versus Datenkommunikation
A
- Tele: weit entfernt
- Daten: Binärinformation von einem digitalen Gerät
- Telekommunikation: Kommunikation über weite Entfernung (v.a. Mensch-zu-Mensch)
- Datenkommunikation: Kommunikation zwischen digitalen Geräten
2
Q
Netzwerke
A
- Ermöglichen Kommunikation
- Bsp.:
- TK: weltumspannendes Telefonnetz
- DK: Computernetz, Internet
- Abstrakte Sicht:
3
Q
Punkt-zu-Punkt-Netzwerk (point-to-point)
A
- Links verbinden genau zwei Netzknoten (Punkte)
- Jeder Link kann unabhängig von der momentanen Belegung der anderen Links genutzt werden
- Sendeinfo muss ggf. auf dem Weg zum Empfänger eines/ mehrere Zwischensysteme durchlaufen
- i.A. Mehrere Wegalternativen zwischen Sender und Empfänger
4
Q
Mehrpunkt-Netzwerke (multipoint)
A
- ein von allen Netzknoten gemeinsam genutzter Übertragungskanal
- Kollisionen möglich
- alle Netzknoten empfangen Info, ignorieren wenn nicht an sie adressiert
- einfache Möglichkeit der Mehrfachadressierung (Broadcast/ Multicast)
5
Q
Netztopologie
A
6
Q
Klassifikation nach Reichweite
A
7
Q
Was ist das Internet? - Komponenten
A
- Millionen vernetzter Computer: Hosts = Endsysteme
- Netzwerkanwendungen und Applikationen laufen dort
- Oft mit Schnittstelle zum Anwender
- phys. Verbindungen (Links)
- geführt: Glasfaser, Kupfer
- ungerührt: Funk
- Nominalkapazität in Bits pro Sekunde angegeben
- Router
- leiten Datenpakete weiter
- Protokolle
- kontrollieren das Senden und Empfangen von Nachrichten
- z.B. TCP, IP, HTTP, Skype, Ethernet
- Internet: „Netzwerk von Netzwerken“
- Hierarchisch
- Öffentliches Internet und privates Intranet
- Internetstandards
- RFC: Requested for Comments
- IETF: Internet Engineering Task Force
8
Q
Internetdienste
A
- Kommunikationsinfrastruktur
- ermöglicht verteilte Anwendungen (Netzwerkanwendungen)
- Web, VoIP, E-Mail, …
- Kommunikationsdienste
- werden den Anwendungen zur Verfügung gestellt
- zuverlässige Datenübertragung
- Unzuverlässige („best effort“ Datenübertragung
9
Q
Internetstruktur
A
- Randbereich
- Anwendungen
- Endsysteme
- Zugangsnetzwerk
- Zwischensysteme und phys. Links zur Anbindung der Endsysteme an den ersten Router
- Inneres des Netzwerks (Kernnetzwerk)
- vernetzte Router
- Netzwerk von Netzwerken
10
Q
Randbereich des Internets
A
Endsysteme: Endpunkt der Kommunikation
- Drucker, Fax-Gerät, Geldautomat, Roboter, Kamera, … - Hosts (PC, Laptop, Smartphone, …) führen Anwendungsprogramme aus wie WWW, E-Mail, Telefonie, …
11
Q
Zugangsnetzwerke
A
- private Endsysteme/ Netzwerke werden ans öffentliche Netzwerke angebunden durch
- Telefonkabel
- TV-Kabel
- Glasfaser
- Funk
- Wichtige Eigenschaften
- Übertragungskapazität der Anbindung
- Geteilte oder exklusive Nutzung der Anbindung
12
Q
Physische Medien
A
- geführte Signalausbreitung: Signale breiten dich entlang eines festen Mediums aus (z.B. Kupfer-, Glasfaserkabel)
- ungeführte Signalausbreitung: Signale breiten sich frei im Raum aus
- Twisted Pair:
- zwei isolierte Kupferleiter, verdrillt, meist nicht abgeschirmt
- Kat 3: Telefonkabel, 10 Mbit/s Ethernet
- Kat 5: 100 Mbit/s
- Kat 6/7: 1000 Mbit/s, zusätzliche Abschirmungen
- Koaxialkabel
- Zwei konzentrisch angeordnete Kupferleiter
- Bidirektional
- Basisband (Ein Kanal auf dem Kabel, Altes Ethernet (Bus))
- Breitband (Mehrere Kanäle auf dem Kabel, TV-Kabel)
- Glasfaserkabel
- leitet Lichtimpulse weiter, jeder Puls ein Bit
- Hohe Geschwindigkeit
- Mehrere 10 Gbit/s bis mehrere 100 Gbit/s
- Parallele Übertragung mehrerer Signale auf unterschiedlichen Wellenlängen
- Geringe Fehlerrate, unempfindlich gegen elektromagnetischen Störer
- Extrem hohe Reichweite (bis über 1000 km auch ohne Verstärker)
- Weites Spektrum an Systemen im Markt
13
Q
Zugang über Telefonkabel
A
- Anschluss über TP Kat. 3 an das Telefonnetz
- Früher: Nutzung des Telefonnetzes für Daten mit Modem
- Daten in Töne umgesetzt und wie Telefongespräch übertragen
- Einwahl beim Dienst-Anbieter (Service-Provider)
- Maximale Datenrate: 56 kbit/s „analoges Netz“
- Data over voice
- DSL: Digital Subscriber Line
- Höhere Datenraten werden zusätzlich zur Telefonie auf dem gleichen Kupferkabel übertragen
- erfordert kürzere Anschlussdistanz
- ADSL (Asymetric DSL): Downstream bis 16 Mbit/s, Upstream bis 25 Mbit/s
- VDSL (Very High Speed DSL): Down 50 (100) Mbit/s, Up 25 Mbit/
14
Q
Zugang über TV-Kabel
A
- Asymmetrisch
- Datenraten
- Ursprngl.: 30 Mbit/s down, 2 Mbit/s up
- Ausbau: 1 Gbit/s down, 200 Mbit/s up
15
Q
Zugang über Glasfaser
A
- Ziel: Glasfaser so weit wie möglich zum Haus/ in die Wohnung bringen
- Problem: Kosten für Verlegen hoch
- Meist: PON (Passive Optical Network) Glasfaser-Baum mit log. P-z-P-Verb.
16
Q
Zugang über Funk
A
- Signal wird von elektromagnetischen Wellen übertragen
- Drahtlose Kommunikation
- bidirektional (senden und empfangen)
- Signalausbreitung von der Umgebung beeinflusst
- Reflexion
- Abschattung durch Hindernisse
- Interferenz mit anderen Sendern
- Schnelle Änderungen der Ausbreitung des Signale durch Störungen, Überlagerungen, Interferenzen
- Arten von Funkkommunikation
- WLAN (Wifi, 802.11)
- zahlreiche Varianten im 2,4 und 5 GHz Band
- Nutzdaten: meist «_space;100 Mbit/s
- Leistung stark begrenzt (100 mW)
- Mobilfunknetze
- 3G: einige Mbit/s
- 4G (LTE): einige 10 Mbit/s
- Mikrowellen (Richtfunk)
- Kanäle mir n*10 Mbit/s bis einigen Gbit/s
- Sichtverbindung erforderlich
- Satellit (für Sonderfälle)
- Kanäle mit bis zu 45 Mbit/s (oder mehrere kleine)
- Geostationär mit 270 ms Ende.zu-Ende-Verzögerung
- Satellit in geringer Höhe
- WLAN (Wifi, 802.11)
17
Q
Vermittlungsprinzipien
A
- Kernnetz: Punkt-zu-Punkt-Topologie vernetzter Router
- zentrale Frage: Wie werden die Daten durch das Kernnetzwerk zum Ziel vermittelt?
- Leitungsvermittelt: eine dedizierte Leitung/ Verbindung wird für jeden Ruf geschaltet (Bsp.: Telefonnetz)
- Paketvermittelt: Daten werden in diskreten Einheiten/ Paketen durch das Netzwerk geleitet (Bsp.: Internet)
18
Q
Kernnetzwerk - Tier 1 ISPs
A
- Im Zentrum
- Bsp.: AT&T, Verizon, Sprint, …
- Behandeln sich als gleichberechtigte Partner
- keine Peering-Kosten verrechnet, Datenverkehre ausgeglichen
- Internationale Abdeckung
19
Q
Kernnetze - Tier 2 ISPs
A
- kleinere, oft nationale oder regionale ISPs
- mit einem oder mehreren Tier-1 ISPs verbunden, oft auch mit anderen Tier-2 ISPs
- Bsp.: (große Tier-2 /fast Tier-1): Vodafone, British Telecom
20
Q
Kernnetze - Tier 3 ISPs
A
- ISPs und lokale ISPs
- Nahe am Endsysteme (last hop network)
- Erlauben Zugang zu Tier-2 Netzen
21
Q
Paket durchquert Netzwerke
A
22
Q
Leitungsvermittlung
A
- Circuit Switching
- Ende-zu-Ende-Ressourcen werden für einen Ruf reserviert
- Ressource: Kapazität auf Links und in Vermittlungsstellen
- Dedizierte Ressourcen: keine gemeinsame Nutzung
- Garantierte Dienstgüte wie beim „durchschalten“ einer physischen Verbindung
- Vor dem Austausch von Daten müssen die notwendigen Ressourcen reserviert werden -> Signalisierung erforderlich
- Eine separate phys. Verbindung von jedem Nutzer zu jedem anderen Nutzer ist unmöglich
- > Linkressourcen werden unterteilt in einzelne Einheiten
- Kanäle werden Rufen/ Verbindungen zwischen 2 Nutzern zugewiesen
- Kanäle bleiben ungenutzt, wenn sie von ihrem Ruf nicht verwendet werden -> also keine gemeinsame Nutzung von Ressourcen
23
Q
Wie teilt man die Kapazität eines Links in Kanäle auf?
A
- Frequenzmultiplex
- Frequency Division Multiplex (FDM)
- unterschiedliche Frequenzen tragen die Information
- Bsp.: Radio
- Wellenlängenmultiplex
- Wavelength Division Multiplex (WDM)
- vergleichbar mit FDM, nur unterschiedliches Licht
- „Farben“
- Zeitmultiplex
- Time Division Multiplex (TDM)
- einzelne Nutzer kommen nacheinander in festen Rythmus zur Übertragung für eine kurze, feste Zeit
- Zeitschlitz, Zeitscheibe
24
Q
Paketvermittlung
A
- Packet Switching
- Jeder Ende-zu-Ende-Datenstroms wird in Pakete aufgeteilt
- Die Pakete aller Nutzer teilen sich die Linkressourcen
- Jedes Paket nutzt die volle Bandbreite eines Links
- Ressourcen werden nach Bedarf verwendet
- Nutzdaten der Anwendung werden zu einem Block zusammengefasst
- Zusätzlich kommen Informationen dazu, die das Netz benötigt, um das Datenpaket zum Ziel zu bringen
- Pakete unabhängig voneinander weitergeleitet
25
Paketvermittlung - Wettbewerb um Ressourcen
- die Nachfrage nach Ressourcen kann das Angebot übersteigen
- Überlast: Pakete werden zwischengespeichert und warten darauf, einen Link benutzen zu können
- Store and Forward: Pakete durchqueren einen Link nach dem anderen
- Knoten empfangen ein komplettes Paket, bevor sie es weiterleiten
- Dadurch entstehen zufällige Wartezeiten für das einzelne Paket
26
Leitungs- vs. Paketvermittlung
- Paketvermittlung nutzt die Ressourcen häufig besser aus
- Beispiel: Link mit 1 MBit/s
- Jeder Benutzer:
- 100 kbit/s, wenn aktiv
- 10% der Zeit aktiv
- Leitungsvermittlung:
- 10 Benutzer möglich
- 11. Benutzer -> besetzt
- Paketvermittlung:
- mit 35 Benutzern ist die Wahrscheinlichkeitfür mehr als 10 aktive Benutzer zur gleichen Zeit sehr klein
- Ist Paketvermittlung generell besser?
- Sehr gut für unregelmäßigen Verkehr
- Problem Überlast: Verzögerung und Verlust von Paketen
27
Paketvermittlung: statistisches Multiplexing
28
Vier Ursachen für Verzögerung
1. Verarbeitung im Knoten (dproc)
- Auf Bitfehler prüfen
- Auswertung der Adresse
- Wahl des ausgehenden Links
2. Warten auf die Übertragung (dqueue)
- Wartezeit, bis das Paket auf dem Ausgangslink übertragen werden kann
- Hängt von der Last auf dem Ausgangslink ab
3. Übertragungsverzögerung (dtrans)
- Linkkapazität (Bit/s) / Paketgröße (Bit)
- auch Übertragungsdauer
4. Ausbreitungsverzögerung (dprop)
- Linklänge / Ausbreitungsgeschwindigkeit des Mediums
- auch Laufzeit
29
Paketvermittlung: Store and Forward
30
Gesamtverzögerung pro Router (dnodal)
31
Paketverluste
- Warteschlange hat nur endliche Pufferplätze
- Wenn Puffer belegt: neue Pakete verworfen -> Paketverlust
- Verlorene Pakete können erneut übertragen werden, oder auch nicht: Aufgabe der entsprechende Protokolle
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Wartezeit vs. Verkehrsintensität
33
Durchsatz
34
Aufteilung in Schichten
- Jede Schicht implementiert einen Dienst
- mit Hilfe von schichtinternen Aktionen
- unter Verwendung von Diensten der Schicht, die unter ihr liegt
- Protokolle regeln die Funktion innerhalb einer Schicht
- Klare Schnittstellen zwischen den Schichten
35
Warum Schichten?
Umgang mit komplexen Systemen:
- Strukturierung ermöglicht die Identifikation und das Verständnis des Zusammenspiels einzelner Bestandteile des Systems
- Modularisierung der Funktionen, Anpassung an Unterschiede
- Simple Prinzipien:
- Klare Kapselung von Funktionen (innerhalb einer Schicht)
- Protokolle beschreiben die Funktionen / Abläufe innerhalb einer Schicht
- Einfache Schnittstellen zu den Nutzern (Dienst‐Modell)
- Referenzmodell für die Standardisierung und Entwicklung des Systems
- Modularisierung vereinfacht die Entwicklung und das Arbeiten mit dem System:
- Änderungen an der Implementierung einer Schicht sind transparent für den Rest des Systems
- Beispiel: Eine Veränderung der Einsteigeprozedur am Gate beeinflusst nicht den Rest des Systems
- Alternative in einzelnen Schichten sind möglich (Bsp. versch. Flugzeuge, versch. Airlines;...)
- Beispiele: Schichten im Betriebssystem, Datenzugriffsrechte, ... und Kommunikation
36
Was ist ein Protokoll?
- regelt sämtliche Kommunikation im Internet
- definieren das Format, die Semantik und zeitlichen Eigenschaften ausgetauschter Dateneinheiten, sowie die Aktionen, welche durch diese Dateneinheit ausgelöst werden
37
Dienst und Protokoll
38
Wichtige Eigenschaften des Schichtenmodells
- Klar definierte Schnittstellen:
- Dienst, der dem Nutzer erbracht wird (Schicht N erbringt Schicht N+1 einen Dienst)
- Dienst, der von dieser Schicht benutzt wird (Schicht N benutzt den Dienst der Schicht N‐1)
- Protokoll der Schicht N (Zwischen den beiden Instanzen der Schicht N)
- Funktionen:
- Das Protokoll (von N) ist für die Funktionen und Datenformate der Schicht N verantwortlich.
- Steuerinformation der Schicht N wird im Header der Schicht N übertragen (z.B. Adressen)
- Daten:
- Die Nutzdaten der Schicht N (engl. „Payload“)
- Dazu kommt die Steuerinformation („Header“) der Schicht N
- Header und Nutzdaten der Schicht N bilden das „Paket“ der Schicht N
- Übertragung:
- Das „Paket“ der Schicht N wird logisch an die andere Instanz (der Schicht N beim Empfänger) gesendet
- Dazu wird das „Paket“ der Schicht N der darunterliegenden Schicht N‐1 übergeben.
- > Das „Paket“ wird in jeder Schicht erneut „eingepackt“
39
TCP/ IP Protokollstapel
- Anwendungsschicht:
- Unterstützung von Netzwerkanwendungen
- FTP, SMTP, HTTP, ...
- Transportschicht:
- Ende‐zu‐Ende‐Datentransfer zwischen Prozessen
- TCP, UDP
- Netzwerkschicht (auch Vermittlungsschicht):
- Weiterleiten der Daten von einem Quell‐ zu einem Zielknoten (weltweit!!)
- IP, Routing‐Protokolle
- Sicherungsschicht:
- Datentransfer zu direkt benachbarten Netzwerkknoten
- PPP, Ethernet
- Bitübertragungsschicht:
- überträgt Bitstrom über Punkt‐zu‐Punkt‐Verbindung
40
Schicht 1: Bitübertragungsschicht (Physical Layer)
- Konvertierung von Bits in Signale (Leitungscodierung)
- Verwendung von Modulation, Multiplexen etc.
- Keine Pufferung
- Keine Zuverlässigkeit
- Problem: mögliche Störungen der Übertragung
- Ziel: feste Übertragungsqualität und Datenrate
- Zusätzlich möglich: Taktübertragung, Taktsynchronisation,...
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Schicht 2: Sicherungsschicht (Data Link Layer)
- Erweitert nachrichtentechnischen Kanal (Bitübertragung) zum abstrakten „gesicherten Kanal“
- Erkennung und Behebung von Fehlern der Bitübertragungsschicht möglich
- Übertragung von Daten zwischen direkt verbundenen Geräten
- Gliederung eines Bitstroms in Dateneinheiten (Frames => „Pakete“)
- Pufferung sowohl beim Sender als auch beim Empfänger
- Regelung des Kanalzugangs (Bei LAN / WLAN: Media Access Control, MAC)
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Schicht 3: Vermittlungsschicht (Network Layer)
- Findet den Kommunikationspartner im weltweiten Netz
- Verknüpft einzelne Übertragungsabschnitte zu Ende‐zu‐Ende‐Strecken
- Wegeauswahl im Kommunikationsnetz und finden geeigneter Wege für die Ende‐zu‐Ende‐ Datenübertragung
- Adressierung der Geräte (Quelle / Ziel)
- Multiplexen
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Schicht 4: Transportschicht (Transport Layer)
- Übertragung von Daten zwischen Anwendungsprozessen auf den Endsystemen ( PC, Server, Handy)
- Adressierung der Applikationen (Das sind die Transportdienst‐Benutzer)
- Abstrahiert von Diensten der Vermittlungsschicht (Der Applikation bleiben sämtliche Aspekte der Datenübertragung und Wegesuche im weltweiten Netz verborgen)
- Fehlererkennung und ‐behebung
- Pufferung
- Flusssteuerung
- Multiplexen
44
TCP/ IP Architekturmodell
45
Konzept der Einkapselung
46
Protokollbeispiele für die einzelnen Schichten