Telekommunikationsdienste und -protokolle

Informationen zu den Dozenten
Vorlesung: Prof. Dr. rer. nat. habil. Jochen Seitz
Fachgebiet „Kommunikationsnetze”
Institut für Informationstechnik
Fakultät Elektrotechnik und Informationstechnik
Telefon: 03677 / 69 2614
Fax:
03677 / 69 1143
E-Mail: [email protected]
Büro:
Helmholtz-Bau, H 3507
Die Internet-Protokollwelt
Prof. Jochen Seitz
Fachgebiet Kommunikationsnetze
Institut für Informationstechnik
Übung: Dipl.-Ing. Florian Evers
Telefon:
Fax:
E-Mail:
Büro:
03677 / 69 2620
03677 / 69 1143
[email protected]
Helmholtz-Bau, H 3505
Die Internet-Protokollwelt - 1. Einführung
Organisatorisches





http://www.tu-ilmenau.de/kn/
 Lehre Wintersemester 2008/2009


Dort finden sich auch





Aufbau der Vorlesung
Vorlesungsfolien werden „rechtzeitig”
bereitgestellt unter


Übungsblätter
Abkürzungsverzeichnis
Literaturverweise
Fragenkatalog für mündliche Prüfung








3
Integrated Services
Differentiated Services
Multimediaströme im Internet:

[email protected] oder
[email protected]
Die Internet-Protokollwelt - 1. Einführung
Das Internet-Protokoll
IP-Hilfsprotokolle
Routingprotokolle
Transportprotokolle im Internet
Mobiles Internet
Dienstgüte im Internet:

Bei Fragen einfach E-Mail an

2
RTP
VoIP
IPv6 Die neue Version des Internet Protocols
Internet-Anwendungen
Das World-Wide Web
Netzwerkmanagement im Internet
Die Internet-Protokollwelt - 1. Einführung
4
1
Umbruch in der IuK-Technik
Informationstechnologie
Sicherheit
Die Internet-Protokollwelt
•
•
•
•
•
•
1. Einführung und Wiederholung
Medien, Inhalteanbieter,
Unterhaltungsindustrie
I
Telekommunikation
•
•
•
•
•
•
•
•
Sicherheit
Mainframes
Server
PC
PDA
Handy
Software
Festnetzbetreiber
Mobilfunknetzbetreiber
Kabelfernseh-Netzbetreiber
Rundfunknetzbetreiber
Satellitenbetreiber
Anlagen-Hersteller
IP, ATM, ISDN, DSL
Vermittlungstechnik,
Router
TI MES
T
•
•
•
•
•
•
•
•
•
M
E
Autoren, Rechtehändler
Filmstudios
Rundfunk- u. Fernsehkanäle
Musikindustrie
Verlage
Spiele-Industrie
Datenbankanbieter
Nachrichtendienste
Telekommerz
Erlebnis
Sicherheit
•
•
•
•
•
•
Fernseher
Videorecorder
Video- u. Digitalkameras
HiFi
Spielekonsolen
Internetdienste
Sicherheit
Die Internet-Protokollwelt - 1. Einführung
Das Telekommunikationssystem:
Ein verteiltes geschichtetes System
Sender
Logische Architektur:
OSI-Basisreferenzmodell
Empfänger
Anwendungsprozesse
[7] Anwendungskommunikation
Telekommunikationssystem
[6] Darstellung
Dienst
Protokoll
Schicht
n-1
...
Instanz n-1
Schicht n
Instanz 1
Instanz n
Instanz n-1
Dienst
...
Instanz n
Schicht 1

Instanz 1
[3] Vermittlung
Protokollinstanz
[2] Sicherung
Eine Schicht bietet der darüber liegenden einen Dienst an.
Der Dienst wird durch das Zusammenwirken der
Schichtinstanzen gemäß einem spezifizierten Protokoll erbracht.
Die Internet-Protokollwelt - 1. Einführung
Anwendungsbezug
[5] Kommunikationssteuerung
[4] Transport
Physikalisches Medium

6
Transportsystem
(technische Aspekte)
Dienstzugangspunkt
[1] Bitübertragung
7
Die Internet-Protokollwelt - 1. Einführung
8
2
Teilsysteme des OSI-Modells

Transportorientierte Schichten:
Technische Realisierung einer Bitstrom-Übertragung




Die transportorientierten Schichten



Elementare Nachrichtenübertragung: nur Bedürfnis des
Nachrichtenaustausches unterstellt
Kein Bezug zur Kooperationsbeziehung der Dienstnehmer
Inhalt der Nachricht transparent (d.h. ohne Bedeutung für
transportorientierte Schichten)











Steuerung des Ablaufs
Informationsdarstellung
Kompensation von Fehlverhalten durch verteilte Transaktionen
Die Internet-Protokollwelt - 1. Einführung




9



Austausch von Bitmuster-Nachrichten.
Steuerung des Nachrichtenaustauschs zweier Kommunikationspartner:



Rechteübergabe
Strukturierung der Übertragung
Rücksetzvereinbarung

Darstellungsschicht (Presentation Layer, Schicht 6):

Anwendungsschicht (Application Layer, Schicht 7):


Die Internet-Protokollwelt - 1. Einführung

Verbindungen werden 1:1 abgebildet.
Dienstleistungen werden durchgereicht.
Kommunikationssteuerungsschicht (Session Layer, Schicht 5):

10
Im ISO/OSI-Basisreferenzmodell wird das Zusammenspiel von zwei
Instanzen an der Dienstschnittstelle in einem Dienstmodell genau
festgelegt. Die Zusammenarbeit erfolgt in den folgenden Schritten:



Nachrichten setzen sich aus typisierten Daten zusammen.


Austausch von Nachrichten anwendungsabhängigen Aufbaus und
Zwecks.
Die Internet-Protokollwelt - 1. Einführung
flexibel wählbare Qualitäten
variable Nachrichtenpaketlänge
Mehrfachnutzung von Verbindungen
Pufferung von Paketen
Zusammenspiel der Schichten
Gemeinsamkeiten:

multiple Konnektivität
Adressierung: nicht nur direkt durch ein physikalisches Medium verbundene
Rechner
Qualität u.U. wählbar, wenn Alternativen bei der Wegwahl bestehen
Transportschicht (Transport Layer, Schicht 4):

Die anwendungsorientierten
Schichten
gesicherte Kanäle zwischen direkt verbundenen Dienstnehmern
verringerte Übertragungsfehlerwahrscheinlichkeit
FIFO-Pufferung von Paketen
Vermittlungsschicht (Network Layer, Netzwerkschicht, Schicht 3):

Kooperation der Teilnehmer unter formalen Gesichtspunkten
(Strukturierung, Präsentation) berücksichtigt, wie z.B.
mögliche Störungen der Übertragung
feste Übertragungsqualitäten/Nachrichtenlänge
keine Pufferung
Sicherungsschicht (Data Link Layer, Schicht 2):

Anwendungsorientierte Schichten:
Anwendungsbezogene Kommunikationsdienstleistungen

Bitübertragungschicht (Physical Layer, Schicht 1):
11
(N+1)-Instanz übergibt an der Dienstschnittstelle eine
(N)-Interface Data Unit (N)-IDU.
Die (N)-Instanz teilt die (N)-IDU in zwei Teile auf:

transparent zu übertragende Nutzdaten: (N)-Service Data Unit (N)-SDU;

Steuerinformation: (N)-Interface Control Information (N)-ICI.
Zur Übertragung der (N)-SDU ist gemäß dem vereinbarten
Telekommunikationsprotokoll eine (N)-Protocol Control Information
(N)-PCI zu erzeugen, die gemeinsam mit der (N)-SDU die
(N)-Protocol Data Unit (N)-PDU bildet.
Diese (N)-PDU wird transparent zwischen den N-Instanzen übertragen.
Zur Übertragung der (N)-PDU durch die darunter liegende Schicht ist
entsprechende Kontrollinformation (N-1)-Interface Control
Information für die untere Schnittstelle zu erzeugen; die (N)-PDU und
diese (N-1)-ICI bilden somit die (N-1)-IDU.
Die Internet-Protokollwelt - 1. Einführung
12
3
Zusammenspiel
der Schichten im Bild
Einkapselung
von Daten
(N)-SDU
(N)-ICI
Darstellungsschicht
(N-1)-Schicht
(N-1)-ICI
(N)-SDU
(N-1)-ICI

NH
NH Network Header
DLH Data Link Header
DLT Data Link Trailer
Anwendungsschicht
Darstellungsschicht
Kommunikationssteuerungsschicht
Transportschicht
Vermittlungsschicht
Dateneinheit
DLH
Dateneinheit
DLT
Sicherungsschicht
Bitübertragungsschicht
Bits
13
Die Internet-Protokollwelt - 1. Einführung
14
OSI und Internet
OSI-Referenzmodell
einer Menge von Computern, die
7
dieselbe Protokollfamilie TCP/IP verwenden;
irgendwie (direkt oder indirekt) miteinander verbunden sind;
gewisse Dienste anbieten oder benutzen,
einer Menge von (menschlichen oder technischen) Nutzern,
die vom Arbeitsplatz direkten Zugriff auf die angebotenen
Dienste haben,
einer Menge von weiteren, über Gateways erreichbaren
Netzen.


Thüringen
Deutschland
Die Internet-Protokollwelt - 1. Einführung
Welt
15
Internet-Referenzmodell
Anwendung
6
Darstellung
5
Komm.-steuerung
Anwendung
4
Transport
3
Vermittlung
Transport
Internet
2
Sicherung
1
Bitübertragung
RechnerNetzanschluss
Wesentliche Abwandlungen:

Fachgebiet
Dateneinheit
Dateneinheit
Bitübertragungsschicht
Das Internet besteht aus

Daten
Dateneinheit
TH
Sicherungsschicht
Das Internet

SH
Vermittlungsschicht
Die Internet-Protokollwelt - 1. Einführung

PH
Transportschicht
(N-1)-IDU
(N-1)-SDU

AH
Kommunikationssteuerungsschicht
(N)-PDU
(N )-PCI
Senden
(N)-PCI
Anwendungsschicht
Empfangen
(N)-IDU
(N)-Schicht

Application Header
Presentation Header
Session Header
Transport Header
Daten
(N+1)-Schicht

AH
PH
SH
TH
Aufgaben der OSI-Schichten 5 und 6 werden im InternetReferenzmodell vollständig in die Anwendung verlagert.
Die OSI-Schichten 1 und 2 werden zu einer den Anschluss
des Rechensystems an das Kommunikationsnetz
beschreibenden Schicht zusammengefasst.
Die Internet-Protokollwelt - 1. Einführung
16
4
Historie:
Entwicklung des Internet
Struktur des Internets

Ziel


1962
Weltweite Kommunikation zwischen Rechnersystemen
unterschiedlicher Bauart
1967
Struktur

1969
1971
1974
Kopplung einzelner Rechner bzw. lokaler Netze über ein
teilvermaschtes Netz von Vermittlungsknoten, den Routern
LAN
L
A
N
Router
Router
Router
Router
1988
IP-Paket
Definition einer einheitlichen Protokollfamilie: TCP/IP
Die Internet-Protokollwelt - 1. Einführung
1996
1999
2006
17
Dienste im Internet

1991
1995
DoD (Department of Defense, „Pentagon”):
Verteidigung hängt von der Kommunikation ab.
ARPA (Advanced Research Project Agency) des DoD:
Auftrag „Projektstudie ausfalltolerantes Paketnetz” an SRI
(Stanford Research Institute)
Erstes „Internet”: 4 Hosts
Betriebsaufnahme ARPAnet, das erste Internet-Backbone
Neue Protokollsuite: TCP/IP
(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)
IP-Verbindung zum Internet aus Deutschland über EUnet-IRB
Dortmund und XLink (eXtended Lokales Informatik-Netz Karlsruhe)
EBONE: Europäisches Backbone
Sun führt den HotJava Web-Browser und die fünf Jahre zuvor
entwickelte Programmiersprache Java ein
University Corporation for Advanced Internet Development —
Internet2
Zweites Internet2-Backbone: Abilene
Web 2.0
Die Internet-Protokollwelt - 1. Einführung
18
Wachstum des Internets
Im Internet häufig genutzte Dienste:

World Wide Web —



Elektronische Post (E-Mail) —



Austausch von digitalen (multimedialen) Nachrichten
Basis „Simple Mail Transfer Protocol” SMTP
Dateitransfer —



weltumspannendes Nachschlagewerk
Basis „Hypertext Transfer Protocol” HTTP
Abrufen oder Übermitteln von Dateien
Basis „File Transfer Protocol” FTP
Netzmanagement —


Überwachung und Kontrolle von vernetzten Systemen
Basis „Simple Network Management Protocol” SNMP
Die Internet-Protokollwelt - 1. Einführung
19
Die Internet-Protokollwelt - 1. Einführung
20
5
Geschätzte Anzahl von InternetHosts in Europa bzw. Deutschland
Die Internet-Protokollfamilie
Rechner A
Rechner B
Anwendungsprotokoll
TCP
UDP
Anwendungsprotokoll
TCP
UDP
IP
Netzzugangsprotokoll

RIPE (Réseaux IP Européens)

Deutschland

Jan. 1992
Quelle: DENIC eG (http://www.denic.de/), 04/2006
Die Internet-Protokollwelt - 1. Einführung


21
Die Internet-Protokollfamilie:
Einordnung


IGMP
ICMP
IP
ARP
RARP
UDP
IP
Transportschicht
ICMP
Vermittlungsschicht
IGMP
Sicherungsschicht

ARP
Obwohl ICMP und IGMP den IP-Dienst nutzen, werden sie dennoch der
Vermittlungsschicht zugeordnet
Die Internet-Protokollwelt - 1. Einführung
Die Internet-Protokollwelt - 1. Einführung
TCP
Kommunikationssteuerungsschicht
UDP
HTTP: HyperText Transfer Protocol (im WWW benutzt)
FTP: File Transfer Protocol
SNMP: Simple Network Management Protocol
22
Die Internet-Protokollfamilie:
Protokollaufgaben
Die Bezeichnung TCP/IP wird häufig als Synonym für die gesamte
Protokollfamilie verwendet
Einordnung der Internetprotokolle in das ISO/OSI-Referenzmodell:
TCP
IP
Netzzugangsprotokoll
TCP (Transmission Control Protocol):
Zuverlässiges, verbindungsorientiertes Transportprotokoll über
unzuverlässigem IP (Internet Protocol).
UDP (User Datagram Protocol):
Verbindungsloses Transportprotokoll, bietet
Anwendungsschnittstelle zu IP und Multiplexdienst.
Beispiele für Anwendungsprotokolle:

Mai 2005
Internet
23
RARP
(Transmission Control Protocol): Stellt
verbindungsorientierten, gesicherten Transportdienst bereit
(User Datagram Protocol): Stellt verbindungslosen,
ungesicherten Transportdienst bereit
(Internet Protocol): Sorgt für Wegewahl und
ungesicherte Übertragung von Datagrammen
(Internet Control Message Protocol): Unterstützt den
Austausch von Kontrollinformationen innerhalb der
Vermittlungsschicht
(Internet Group Management Protocol): Unterstützt
die Verwaltung von Kommunikationsgruppen
(Address Resolution Protocol): Unterstützt die
Zuordnung von IP-Adressen zu den entsprechenden
Adressen der Sicherungsschicht
(Reverse Address Resolution Protocol): Stellt die
Umkehrfunktion von ARP zur Verfügung
Die Internet-Protokollwelt - 1. Einführung
24
6
Zusammenspiel: IP-Instanz und
angrenzende Instanzen





Zusammenspiel: die PDUs
Schicht-4-Instanz (TCP bzw. UDP) übergibt die Daten zusammen mit
der IP-Adresse des Empfängers zur Übertragung an die IP-Instanz
IP-Instanz beauftragt ARP-Instanz mit Ermittlung der entsprechenden
Schicht-2-Adresse
IP-Instanz übergibt PDUs zusammen mit der ermittelten Schicht-2Adresse an die Instanz der Sicherungsschicht
IP-Instanz reicht empfangene Daten an TCP- bzw. UDP-Instanzen
weiter
Probleme während der Übermittlung können den Partnerinstanzen über
ICMP mitgeteilt werden
TCP
(R)ARP




IP leitet Datenpakete durch das Netzwerk zum Empfänger
TCP/UDP fügen Prozessadressierung (Ports) zu IP hinzu
TCP sichert darüber hinaus die Datenübertragung
Protokolldateneinheiten (PDUs) werden gekapselt
IGMP
Daten
UDP-Header
Daten
IP-Header
TCP/UDP-Header
Daten
IP-Header
TCP/UDP-Header
Daten
Transportschicht
Vermittlungsschicht
ICMP
MAC/LLC-Header
Schicht 2
Die Internet-Protokollwelt - 1. Einführung
TCP-Header
bzw.
UDP
IP
Benutzer
Daten
25
Die Internet-Protokollwelt - 1. Einführung
Trailer
Sicherungsschicht
26
Literatur








COMER, D.E. (2002). Computernetzwerke und Internets mit Internet-Anwendungen.
Pearson Studium / Prentice Hall, München, 3. überarbeitete Auflage. ISBN 3-82737023-X.
HALSALL, F. (1996). Data Communications, Computer Networks, and Open Systems.
Addison-Wesley, Harlow, England; Reading, Massachusetts; Menlo Park, California, 4.
Auflage. ISBN 0-201-42293-X.
KRÜGER, G. u. D. RESCHKE, Hrsg. (2004). Lehr- und Übungsbuch Telematik – Netze,
Dienste, Protokolle. Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag, München; Wien, 3.
aktualisierte Auflage. ISBN 3-446-22862-4.
KUROSE, J.F. u. K. ROSS (2004). Computer Networking – A Top-Down Approach
Featuring The Internet. Addison-Wesley, Boston; San Francisco; New York, 3.
Auflage. ISBN 0-321-26976-4.
SEITZ, J., M. DEBES, M. HEUBACH u. R. TOSSE (2007). Digitale Sprach- und
Datenkommunikation; Netze – Protokolle – Vermittlung. Fachbuchverlag Leipzig im
Carl Hanser Verlag, München; Wien. ISBN 3-446-22979-5.
STALLINGS, W. (2000). Data and Computer Communications. Prentice Hall, Upper
Saddle River, New Jersey, 6. Auflage. ISBN 0-13-086388-2.
STEVENS, W.R. (1994). TCP/IP Illustrated, Bd. 1 – The Protocols. Addison-Wesley,
Boston; San Francisco; New York. ISBN 0-201-62246-9.
TANENBAUM, A.S. (2003). Computernetzwerke. Pearson Studium / Prentice Hall,
München, 4. überarbeitete Auflage. ISBN 3-8273-7046-9.
Die Internet-Protokollwelt - 1. Einführung
27
7