Telekommunikationsdienste und -protokolle

Informationen zu den Dozenten
Vorlesung: Prof. Dr. rer. nat. habil. Jochen Seitz
Fachgebiet „Kommunikationsnetze”
Institut für Informationstechnik
Fakultät Elektrotechnik und Informationstechnik
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03677 / 69 1143
E-Mail: [email protected]
Büro:
Helmholtz-Bau, H 3507
Telekommunikationsdienste
und -protokolle
Prof. Jochen Seitz
Fachgebiet Kommunikationsnetze
Institut für Informationstechnik
Übung: Dipl.-Ing. Florian Evers
Telefon:
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03677 / 69 2620
03677 / 69 1143
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Helmholtz-Bau, H 3505
TKDP - 1. Einführung
Organisatorisches
„
„
„
„
„
http://www.tu-ilmenau.de/kn/
Î Lehre Î Folien zur Vorlesung
„
„
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]
TKDP - 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
TKDP - 1. Einführung
4
Umbruch in der IuK-Technik
Informationstechnologie
Sicherheit
Telekommunikationsdienste
und -protokolle
•
•
•
•
•
•
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
TIMES
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
TKDP - 1. Einführung
Das Telekommunikationssystem:
Ein verteiltes geschichtetes System
Sender
Logische Architektur:
OSI-Basisreferenzmodell
Empfänger
Anwendungsprozesse
[7] Anwendungskommunikation
Telekommunikationssystem
[6] Darstellung
Schicht n
Instanz nn
Instanz n-1
n-1
Protokoll
Schicht
n-1
Instanz n-1
n-1
Instanz 11
Schicht 1
Dienst
[4] Transport
Instanz 11
[3] Vermittlung
Physikalisches Medium
„
„
Transportsystem
(technische Aspekte)
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.
TKDP - 1. Einführung
Anwendungsbezug
[5] Kommunikationssteuerung
...
Instanz nn
...
Dienst
6
Dienstzugangspunkt
[1] Bitübertragung
7
TKDP - 1. Einführung
8
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
TKDP - 1. Einführung
„
„
„
„
9
„
„
„
Verbindungen werden 1:1 abgebildet.
Dienstleistungen werden durchgereicht.
Austausch von Bitmuster-Nachrichten.
Steuerung des Nachrichtenaustauschs zweier Kommunikationspartner:
„
„
„
„
Rechteübergabe
Strukturierung der Übertragung
Rücksetzvereinbarung
„
„
„
Nachrichten setzen sich aus typisierten Daten zusammen.
„
Anwendungsschicht (Application Layer, Schicht 7):
„
„
Austausch von Nachrichten anwendungsabhängigen Aufbaus und
Zwecks.
TKDP - 1. Einführung
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:
Darstellungsschicht (Presentation Layer, Schicht 6):
„
„
TKDP - 1. Einführung
„
Kommunikationssteuerungsschicht (Session Layer, Schicht 5):
„
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.
TKDP - 1. Einführung
12
Zusammenspiel
der Schichten im Bild
Einkapselung
von Daten
(N)-SDU
(N)-ICI
Darstellungsschicht
(N-1)-Schicht
(N-1)-ICI
(N)-SDU
Transportschicht
(N-1)-IDU
(N-1)-IDU
(N-1)-ICI
13
„
Kommunikationssteuerungsschicht
Transportschicht
Vermittlungsschicht
Dateneinheit
Dateneinheit
DLT
Sicherungsschicht
Bitübertragungsschicht
Bits
14
OSI und Internet
OSI-Referenzmodell
einer Menge von Computern, die
7
6
5
4
3
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.
2
1
„
„
Thüringen
Deutschland
TKDP - 1. Einführung
Welt
15
Internet-Referenzmodell
Anwendung
Anwendung
Darstellung
Darstellung
Komm.-steuerung
Komm.-steuerung
Transport
Transport
Anwendung
Anwendung
Transport
Transport
Internet
Internet
Vermittlung
Vermittlung
Sicherung
Sicherung
Bitübertragung
Bitübertragung
RechnerRechnerNetzanschluss
Netzanschluss
Wesentliche Abwandlungen:
„
Fachgebiet
Darstellungsschicht
TKDP - 1. Einführung
Das Internet besteht aus
„
DLH
Dateneinheit
Anwendungsschicht
Dateneinheit
Bitübertragungsschicht
Das Internet
„
NH
Daten
Dateneinheit
TH
Sicherungsschicht
TKDP - 1. Einführung
„
PH
SH
Vermittlungsschicht
(N-1)-SDU
„
AH
Kommunikationssteuerungsschicht
(N)-PDU
(N )-PCI
Senden
(N)-PCI
Anwendungsschicht
Empfangen
(N)-IDU
(N)-IDU
(N)-Schicht
„
NH Network Header
Application
Application Header
Header
Presentation
Presentation Header
Header DLH Data Link Header
DLT Data Link Trailer
Session
Header
Session Header
Transport
Transport Header
Header
Daten
(N+1)-Schicht
„
AH
AH
PH
PH
SH
SH
TH
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.
TKDP - 1. Einführung
16
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
1991
1995
1996
1999
Definition einer einheitlichen Protokollfamilie: TCP/IP
TKDP - 1. Einführung
17
Dienste im Internet
„
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
TKDP - 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
Netzwerkverwaltung —
„
„
Überwachung und Kontrolle von vernetzten Systemen
Basis „Simple Network Management Protocol” SNMP
TKDP - 1. Einführung
19
TKDP - 1. Einführung
20
Geschätzte Anzahl von InternetHosts in Europa bzw. Deutschland
Die Internet-Protokollfamilie
Rechner A
Rechner B
AnwendungsAnwendungsprotokoll
protokoll
TCP
UDP
UDP
AnwendungsAnwendungsprotokoll
protokoll
TCP
UDP
UDP
IP
IP
NetzzugangsNetzzugangsprotokoll
protokoll
„
RIPE (Réseaux IP Européens)
„
Deutschland
„
Jan. 1992
Quelle: DENIC eG (http://www.denic.de/), 04/2006
TKDP - 1. Einführung
„
„
21
Die Internet-Protokollfamilie:
Einordnung
„
„
IGMP
ICMP
IP
ARP
RARP
Transportschicht
Vermittlungsschicht
Sicherungsschicht
„
„
Obwohl ICMP und IGMP den IP-Dienst nutzen, werden sie dennoch der
Vermittlungsschicht zugeordnet
Die anwendungsbezogenen Schichten 5-7 sind im Internet zu einer
Schicht zusammengefasst.
TKDP - 1. Einführung
TKDP - 1. Einführung
22
TCP
Kommunikationssteuerungsschicht
UDP
HTTP: HyperText Transfer Protocol (im WWW benutzt)
FTP: File Transfer Protocol
SNMP: Simple Network Management Protocol
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
IP
NetzzugangsNetzzugangsprotokoll
protokoll
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
(Transmission Control Protocol): Stellt
verbindungsorientierten, gesicherten Transportdienst bereit
UDP (User Datagram Protocol): Stellt verbindungslosen,
ungesicherten Transportdienst bereit
IP
(Internet Protocol): Sorgt für Wegewahl und
ungesicherte Übertragung von Datagrammen
ICMP (Internet Control Message Protocol): Unterstützt den
Austausch von Kontrollinformationen innerhalb der
Vermittlungsschicht
IGMP (Internet Group Management Protocol): Unterstützt
die Verwaltung von Kommunikationsgruppen
ARP
(Address Resolution Protocol): Unterstützt die
Zuordnung von IP-Adressen zu den entsprechenden
Adressen der Sicherungsschicht
RARP (Reverse Address Resolution Protocol): Stellt die
Umkehrfunktion von ARP zur Verfügung
TKDP - 1. Einführung
24
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
IP
„
„
„
„
„
TCP-Header
TCP-Header
Daten
Daten
UDP-Header
UDP-Header
Daten
Daten
IP-Header
IP-Header
TCP/UDP-Header
TCP/UDP-Header
Daten
Daten
IP-Header
IP-Header
TCP/UDP-Header
TCP/UDP-Header
Daten
Daten
Transportschicht
Vermittlungsschicht
ICMP
MAC/LLC-Header
MAC/LLC-Header
25
COMER, D.E. (2002). Computernetzwerke und Internets mit InternetAnwendungen. Pearson Studium / Prentice Hall, München, 3. überarbeitete
Auflage. ISBN 3-8273-7023-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.
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.
TKDP - 1. Einführung
Benutzer
Daten
Daten
IGMP
Literatur
„
„
UDP
TKDP - 1. Einführung
„
„
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
bzw.
Schicht 2
„
„
27
TKDP - 1. Einführung
Trailer
Trailer
Sicherungsschicht
26