Datenpakete im Internet: Viele Wege führen zum Ziel
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IM BLICKPUNKT Datacasting 43 964 Datenpakete im Internet: Viele Wege führen zum Ziel Protokolle sichern die Verständigung Die Nutzung des Internets ist mittlerweile für viele eine Selbstverständ- Kommunikationssysteme sind nach dem OSI-Sieben-Schichten-Modell strukturiert. Jede Schicht stellt eine Funktion im komplexen System bereit – angefangen vom Stecker und den Signalpegeln (Physical Layer), über die Adressierung und Wegewahl (Network Layer) bis hin zur eigentlichen Anwendung (Application). Nur durch standardisierte Schnittstellen, Schichten und Funktionen können sich unterschiedliche Systeme „verstehen“, d.h. miteinander Daten austauschen. lichkeit. Selbst die Kombination von Internet und digitalem Rundfunk – das Data Broadcasting – ist dank internationaler Standards ohne Probleme möglich. Was steckt eigentlich hinter diesen Techniken? Der Beitrag zeigt die Grundlagen und Im Internet und bei Internet-basierenden Anwendungen sowie beim Data Broadcasting sorgt das Internet Protocol für eine reibungslose Kommunikation (BILD 1). Ein Protokoll definiert die auszutauschenden Kommandos, deren Aufbau, Format und Parameter und die zeitliche Abfolge der Nachrichten bei der Kommunikation. erklärt das Internet Protocol IP. Abkürzungen siehe Seite 44 Neues von Rohde&Schwarz 42 Heft 176 (2002/IV) Eine wichtige Ebene im OSI-Modell ist die IP-Schicht, deren Hauptparameter die IP-Adresse ist. Diese Schicht 3 (Network Layer) ist für die Wahl des Weges im Netzwerk verantwortlich. Der Datenaustausch in Computer-Netzwerken und im Internet basiert auf einer Kommunikation ohne direkte Verbindung. Das sendende System übergibt die Daten einfach an das Netzwerk. Dabei findet keine Prüfung statt, ob der Empfänger empfangsbereit ist oder ob er überhaupt existiert. Im Gegensatz zu verbindungsorientierten Systemen wie dem Telefonnetz, wo zuerst eine Verbindung durch Anwählen und Schalten aufgebaut werden muss, bleibt diese Funktion dem Netzwerk überlassen. Daher werden Datenpakete auch im Store-and-Foreward-Verfahren von einem Netzknoten zum anderen übertragen. Die IP-Schicht ist also ein verbindungsloses Protokoll – es gibt keine Befehle für das Wählen oder Bestätigen einer korrekten Adressierung oder für das Zustellen von Paketen. Diese Schicht ist üblicherweise unidirektional, sie erfordert keine Verbindung in Gegenrichtung. OSISchicht 7 Datenübertragung Email WWW Management WebCarousel™ 6 5 FTP SMTP HTTP SNMP UHTTP Datenpakete auf großer Reise 4 Im Internet werden alle Daten einer Anwendung in Pakete zerlegt (Fragmentierung) und jedes einzelne Paket wird in einen Container verpackt. Jeder Container besitzt einen Paket-Kopf (IP Header), in dem wichtige Informationen wie die Versionsnummer des verwendeten Protokolls, die Länge des Paketes, vor allem aber die Empfänger- und AbsenderAdresse enthalten sind (BILD 2). Diese IPAdressen sind bei Version 4 des InternetProtokolls (IP v4) jeweils vier Byte lang. Daraus ergeben sich die bekannten IPAdressen, z.B. 192.24.410.12. Jedes Byte wird hier durch Punkte getrennt in dezimaler Form angegeben. 3 TCP RTP RTSP MMS UDP Ethernet 1 Token Ring BILD 1 802.3 10BaseT URL Email-Adresse Port IP-Adresse DSM-CC MPE MSC MAC-Adresse DVB DAB RJ45 ASI ETI/STI X.25 Protocol Stack beim Internet Protocol. Byte 1 Version Byte 2 IHL Byte 3 ID Number Time to Live Byte 4 Total Length Service Type Fragment Offset Flags Header Checksum Protocol IP Source Address BILD 2 Aufbau des IPPaket-Kopfes. IP Destination Address Options Padding Client Server Router 1 Router N "Store and Forward" Um die richtige Reihenfolge beim Empfänger zu garantieren und um sicher zu stellen, dass alle Pakete korrekt übertragen wurden, ist ein weiteres Protokoll notwendig – das Transfer Control Protocol (TCP). Dieses verbindungsorientierte Protokoll baut einen sog. Socket auf, über den das Endgerät eine Bestätigung liefern muss. Jedes TCP-Paket wird bestätigt, fehlerhafte oder fehlende werden erneut angefordert. Daher ist TCP eine bidirektionale Verbindung und Neues von Rohde&Schwarz SteamConnector™ IP 2 Diese IP-Adressen werden von den Netzknoten, hauptsächlich den Routern, ausgewertet und für die Wahl des Transportweges benutzt. Ein Router kennt oder lernt, wie an eine IP-Adresse ein Paket gesendet werden kann. Jedes einzelne IP-Paket wird jedoch separat behandelt und Pakete der gleichen Anwendung oder Verbindung können auch unterschiedliche Wege nehmen (BILD 3). HauptParameter Data Broadcasting Pfad von Paket 1 Pfad von Paket 2 Pfad von Paket 3 Gateway BILD 3 43 Router und Gateways im Internet. Heft 176 (2002/IV) IM BLICKPUNKT Datacasting erfordert auch das Einhalten bestimmter Reaktionszeiten bei der Übertragung. Vorteile: Datenraten bis zu 24 Mbit/s sind erreichbar, der Empfang ist auch in schnell bewegten Objekten gegeben und die Übertragung findet vollkommen drahtlos statt. Und das alles bei hoher Zuverlässigkeit und sogar kostengünstiger als in Kabelanschlüssen. Sollen Daten über unidirektionale Wege gesendet werden oder sind Quittungen bei Echtzeitanwendungen wie z.B. dem Streaming von Sound- und VideoSequenzen nicht sinnvoll oder möglich, so findet das User Datagram Protocol (UDP) Anwendung. Dank der internationalen Standards ist der Austausch der Transportschichten möglich. Die dafür notwendigen Da IP-Adressen die Geräte-Adressen der beteiligten Computer oder Endgeräte darstellen, mehrere Anwendungen aber gleichzeitig Daten austauschen können, sorgt ein weiterer Parameter – die TCPbzw. UDP-Port-Nummer – innerhalb der TCP-Schicht dafür, dass Verbindungen zwischen verschiedenen Programmen und Anwendungen des gleichen Systems unterschieden werden können. Abkürzungen ADSL Es geht auch drahtlos ASI Die Strukturierung von Systemen nach dem OSI-Referenzmodell ermöglicht es, Schichten auszutauschen, ohne die darüber liegenden Funktionen zu beeinflussen. Dadurch ist es möglich, die physikalischen Transportschichten zu wechseln und die Anwendungen uneingeschränkt weiter zu betreiben. Auf diese Weise lassen sich alle Arten von Daten auch als IP-Pakete über Rundfunksysteme wie DVB oder DAB versenden [1, 2]. DAB DSM-CC DVB Anstelle des Computernetzwerks mit seinen LAN- oder Weitverkehrsverbindungen werden so drahtlose Rundfunksysteme eingebunden. Das ermöglicht mobile und regionale Anwendungen, ebenso wie die Kombination von Rundfunk mit Datendiensten. Im SatellitenRundfunk stehen den Nutzern seit längerem Internet-Zugänge mit großen Bandbreiten zur Verfügung (z.B. Sky-DSL), wie sie bisher noch keine Telefon- oder ADSL-Leitung in die Wohnungen bringen kann. Aber auch die Datenübertragung per DVB-T ist möglich und bietet große Ensemble Transport Interface FTP HTTP File Transfer Protocol IP Internet Protocol MAC MMS Media Access Control Microsoft Media Streaming Protocol MultiProtocol Encapsulation MSC RTP RTSP Realtime Streaming Protocol SMTP SNMP STI Simple Mail Transfer Protocol Simple Network Management Protocol Service Transport Interface TCP Transfer Control Protocol UDP UHTTP User Datagram Protocol Uni-directional HyperText Transfer Protocol Uniform Resource Locator URL Weitere Informationen über das umfangreiche Programm zum Thema Datacasting unter www.rohde-schwarz.com (Suchbegriff „Datacasting“) Digital Sound Broadcast Data Inserter DSIP 020 HyperText Transfer Protocol Main Service Channel Open System for Intercommunication Realtime Transfer Protocol OSI 44 Asynchronous Digital Subscriber Line Asynchronous Serial Interface Digital Audio Broadcasting Digital Storage Media – Command Control Digital Video Broadcasting ETI MPE Neues von Rohde&Schwarz Geräte – die Gateways – verbinden verschiedene Netzarchitekturen miteinander und setzen die Protokolle entsprechend um (BILD 3). IP-Inserter von Rohde&Schwarz, z.B. der R&S DSIP010 oder der R&S DSIP020 [3], übernehmen diese Aufgabe, sie „routen“ die Datenpakete über Rundfunknetze und sorgen für die Anpassung des Datenverkehrs an die Charakteristik des Rundfunksystems. Torsten Jaekel Heft 176 (2002/IV) Generation of DAB STI or ETI signals containing Internet data ◆ Generates complete S TI or ETI signals ◆ STI functionality ◆ ETI output (option) ◆ Usable as ETI signal gener ator (option) ◆ Input interf ace: Ethernet, 10/100 BaseT ◆ IP addr essable ◆ IP pack et insertion compliant with ETSI ES 201 735 and TS 101 759 ◆ Data type: pack et mode data ◆ Can be used f or mobile Internet services via DAB transmission systems ◆ Variable data r ate, configur able throughout the entir e DAB bandwidth z. B. Datenblatt R&S DSIP 020 LITERATUR [1] Web over DTV – Kostengünstiger ExtraService per DVB: Übertragung von Zusatzdaten im Web-Format. Neues von Rohde & Schwarz (2000) Nr.166, S. 18–19. [2] Web over DTV – Rundfunk und Internet: Konvergenz durch neue Anwendungen. Neues von Rohde &Schwarz (2001) Nr. 170, Seite 24 – 26. [3] Digital Sound Broadcast Data Inserter R&S DSIP 020 – DAB-Signale mit Pfiff: Daten und Zusatzdienste einbetten. Neues von Rohde& Schwarz (2002) Nr. 175, Seite 35 – 37.
