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GDI - Kommunikation > Computernetzwerke Und Das Internet > Flashcards

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
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2
Q

Netzwerke

A
  • Ermöglichen Kommunikation
  • Bsp.:
    • TK: weltumspannendes Telefonnetz
    • DK: Computernetz, Internet
  • Abstrakte Sicht:
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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
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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)
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5
Q

Netztopologie

A
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6
Q

Klassifikation nach Reichweite

A
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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
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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
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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
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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, …
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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
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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
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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/
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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
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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.
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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 &laquo_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
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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)
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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
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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
Q

Paketvermittlung - Wettbewerb um Ressourcen

A
  • 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
Q

Leitungs- vs. Paketvermittlung

A
  • 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
        1. 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
Q

Paketvermittlung: statistisches Multiplexing

A
28
Q

Vier Ursachen für Verzögerung

A
  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
Q

Paketvermittlung: Store and Forward

A
30
Q

Gesamtverzögerung pro Router (dnodal)

A
31
Q

Paketverluste

A
  • 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
32
Q

Wartezeit vs. Verkehrsintensität

A
33
Q

Durchsatz

A
34
Q

Aufteilung in Schichten

A
  • 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
Q

Warum Schichten?

A

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
Q

Was ist ein Protokoll?

A
  • 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
Q

Dienst und Protokoll

A
38
Q

Wichtige Eigenschaften des Schichtenmodells

A
  • 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
Q

TCP/ IP Protokollstapel

A
  • 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
Q

Schicht 1: Bitübertragungsschicht (Physical Layer)

A
  • 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,…
41
Q

Schicht 2: Sicherungsschicht (Data Link Layer)

A
  • 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)
42
Q

Schicht 3: Vermittlungsschicht (Network Layer)

A
  • 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
43
Q

Schicht 4: Transportschicht (Transport Layer)

A
  • 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
Q

TCP/ IP Architekturmodell

A
45
Q

Konzept der Einkapselung

A
46
Q

Protokollbeispiele für die einzelnen Schichten

A

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