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

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
32
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,...
41
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)
42
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
43
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