Internet Technologie

Internet Technologie
•
•
•
•
•
Grundlagen der Datenübertragung
Netzwerkprotokolle
TCP/IP und das Internet
Client/Server-Anwendungen im Internet
Internet-Dienste:
–
–
–
–
Domain Name Service (DNS)
FTP
SMTP und POP
World Wide Web
© Abteilung für Wirtschaftsinformatik
Folie 1
Grundlagen der Datenübertragung
© Abteilung für Wirtschaftsinformatik
Folie 2
Netzwerkprotokolle
• Regeln für die Kommunikation zwischen Rechnern
– Format der übertragenen Daten
– Beschreibung des Auf- und Abbaus einer Verbindung
– Schichtenmodell von aufeinander aufbauenden Protokollen
• Beispiele für (proprietäre) Netzwerkprotokolle
–
–
–
–
–
SNA (Systems Network Architecture) von IBM
TRANSDATA von SNI
DNA (Digital Network Architecture) von DEC
DCA (Distributed Communications Architecture) von Unisys
...
© Abteilung für Wirtschaftsinformatik
Folie 3
Schichtenmodell
© Abteilung für Wirtschaftsinformatik
Folie 4
ISO/OSI-Referenzmodell
InternetProtokolle
(TCP/IP)
Lokales Netzwerk
(LAN)
© Abteilung für Wirtschaftsinformatik
Folie 5
Beispiel LAN-Standard: Ethernet
•
•
•
•
Normiert IEEE 802.3 (entspricht ISO 8802-3)
Maximale Übertragungskapazität: 10 Mbit/s
Zugriffsverfahren: CSMA/CD
Ethernet-Karten sind günstig (< ATS 1.000)
Hersteller beispielsweise 3Com oder Western Digital.
• Hersteller vergeben weltweit eindeutige Ethernet-Adressen
(Beispiel 0a:47:b6:23:c2:8b)
• Jedes Paket wird von jeder Station empfangen
(Diffusionsnetz)
Beispiele für alternative LAN-Protokolle:
Tokenring (4 und 16 Mbit/s), Fast-Ethernet (100 Mbit/s),
Gigabit-Ethernet (1000 Mbit/s)
© Abteilung für Wirtschaftsinformatik
Folie 6
Verbreitete Ethernet-Topologien
Hub
Thin Wire Ethernet (10Base-2)
TP Ethernet (10Base-T, 100Base-T)
• Bus-Topologie
• RG58-Verkabelung (Koaxialkabel)
• Hohe Fehleranfälligkeit
• Stern-Topologie mit Hub /
Ethernet-Repeater
• Twisted-Pair-Verkabelung
• Geringe Fehleranfälligkeit
© Abteilung für Wirtschaftsinformatik
Folie 7
Übertragungskapazitäten
• Maßeinheit ist Bit pro Sekunde (bit/s oder bps)
• Beispiel.: Übertragung einer Textdatei mit 100 KB (KByte)
über eine Datenleitung mit einer Kapazität von 10 kbit/s
(Kilobit pro Sekunde) dauert 80 Sekunden (und nicht 10
Sekunden; 100 KByte = 800 Kbit)
• Typische Übertragungskapazitäten
– Modem: 56 kbit/s
– ISDN: 128 kbit/s
– ADSL: 768 kbit/s bzw. 8 Mbit/s
– GSM: max. 9,6 kbit/s
– DECT: 12x32 kbit/s
– UMTS: max. 2Mbit/s
– Fast-Ethernet: 100 Mbit/s
– Infrarot: 1-10 Mbit/s
– ATM: 155 Mbit/s - 1,2 Gbit/s
– Funk-LAN: 1-11 Mbit/s
– SONET 51,84 Mbit/s (OC-1) - 13,21 Gbit/s (OC-255)
© Abteilung für Wirtschaftsinformatik
Folie 8
Entwicklung der Übertragungskapazitäten
© Abteilung für Wirtschaftsinformatik
Folie 9
Charakteristika der Internetprotokolle
• Protokolle sind offene Standards (Internet RFCs)
• Weitläufige Unterstützung der Protokolle => Verbindung
unterschiedlicher Hardware ist kein Problem
• Implementierungen in zahlreichen Betriebssystemen
• Unabhängigkeit vom physischen Netzwerk (TCP/IP ist über
Ethernet, Tokenring, eine konventionelle Telefonleitung oder
eine X.25-Verbindung einsetzbar)
• Weltweit einheitlicher Adressierungsmechanismus
• Standardisierte Protokolle auf Anwendungsebene (SMTP,
HTTP) => herstellerunabhängige, konsistente,
weitverbreitete Dienste.
© Abteilung für Wirtschaftsinformatik
Folie 10
Entwicklung des Internet
© Abteilung für Wirtschaftsinformatik
Folie 11
Die Protokollfamilie TCP/IP
© Abteilung für Wirtschaftsinformatik
Folie 12
Die IP-Adresse
• Qualifizierte IP-Adresse - weltweit gültige Identifizierung
• 4 Byte getrennt durch drei Punkte
• Information über Netzwerk und Host:
137.208 . 1.4
Netzwerk-Adresse 137.208
Host-Adresse 1.4
• Class A Adresse: 1. Byte < 128; 3 Bytes (24 Bit) für Hosts
(0 und 127 sind reserviert)
• Class B Adresse: 128 < 1.Byte < 191; 2 Bytes für Hosts
• Class C Adresse: 191 < 1. Byte < 223; 1 Byte für Hosts
© Abteilung für Wirtschaftsinformatik
Folie 13
Die IP-Adresse
© Abteilung für Wirtschaftsinformatik
Folie 14
Aufbau eines IP-Paketes
Inhalt: Steuerinformation + Nutzdaten
Datagram: Datenpaket mit Absender- und Empfängeradresse
© Abteilung für Wirtschaftsinformatik
Folie 15
Verbindung zweier Netze durch einen Router
© Abteilung für Wirtschaftsinformatik
Folie 16
Ein kleines Internet
137.208.1.1
137.208.1.8
137.208.1.9
Router
137.208.2.1
137.208.2.4
137.208.2.5
137.208.2.6
• Jede Netzwerksoftware kennt die Adresse des Router
• Pakete in das fremde Subnetz werden an den Router geschickt und
von diesem weitergeleitet
• Pakete im lokalen Subnetz werden direkt zugestellt
• Der Router hat zwei Netzwerkkarten (z.B. zwei Ethernet-Karten) und
zwei IP-Adressen, vermittelt Pakete zwischen unterschiedlichen
Netzen.
© Abteilung für Wirtschaftsinformatik
Folie 17
Das Adress Resolution Protocol (ARP)
137.208.1.1
2a:3e:12:5f:40:2b
137.208.1.55
Internet
2a:3c:ab:27:44:1c
137.208.1.56
130.206.99.17
137.208.1.56
25
To: wi@alice
Subject: Hallo Leute
Date: April 23
Howdy Folks,
IP-Paket
© Abteilung für Wirtschaftsinformatik
• Abbildung von IP-Adressen auf HardwareAdressen (bspw. Ethernet-Adressen)
• Rechner will an IP-Adresse Paket schicken
• Rechner macht ARP-Broadcast im lokalen
Netz
• Der Rechner mit der gesuchten IP-Adresse
(oder Gateway) antwortet (ebenfalls
Ethernet-Paket)
Folie 18
Wegwahl (engl.: routing)
TokenRing
Router
X.25
öffentliches Netz
Router
• Wegwahl: Weiterleiten von Paketen über mehrere physische Netze
hinweg und Auswahl alternativer Pfade zum Zielknoten.
• Router haben typischerweise mehrere Netzwerkschnittstellen, sind in
Einschubbauweise ausgeführt und können somit IP-Pakete zwischen
beispielsweise Ethernet, Tokenring oder öffentlichen Netzen weiterleiten.
• Die Netze müssen ab Schicht 3 ident sein.
© Abteilung für Wirtschaftsinformatik
Folie 19
traceroute
© Abteilung für Wirtschaftsinformatik
Folie 20
Transportschicht: TCP und UDP
Transmission Control Protocol
• Verbindungsorientiertes
Protokoll
• Bereitstellung eines
Datenstroms
• Verläßliche Verbindung
• Beispiele: FTP, SMTP,
HTTP, Telnet, ...
User Datagram Protocol
• Verbindungsloses
Protokoll
• Paket wird “einfach
abgeschickt”, bei Bedarf
wiederholt
• Minimaler ProtokollOverhead
• Beispiele: DNS, TFTP
TCP/IP wird üblicherweise als Synonym für die
Internet-Protokollfamilie verwendet!
© Abteilung für Wirtschaftsinformatik
Folie 21
Das Domain-Name-System (DNS)
Top-Level Name-Server
(Beispiel ns.nasa.gov)
Name-Server von .at
(Beispiel ns1.univie.ac.at)
Name-Server von .co.at
(ns.Austria.EU.net)
Name-Server von eunet.co.at
(ns.eunet.co.at)
DNS (53)
UDP
gethostbyaddr 193.83.150.227
www.eunet.co.at ?
isis.wu-wien.ac.at
© Abteilung für Wirtschaftsinformatik
rudolph.wu-wien.ac.at
IP
Network Access
Layer
Folie 22
Funktionalität des DNS
• Abbildung von (vollqualifizierten) Rechnernamen (engl.:
domain names) zu IP-Adressen und umgekehrt
• Neue Domains sind immer bei dem Betreiber der
übergeordneten Domain zu registrieren
• Dezentrale, hierarchisch organisierte Datenbank - bei
großer Anzahl von Hosts leichter zu aktualisieren als
zentraler Datenbestand
• Die hierarchische Organisation in Domains hat nichts mit
der Aufteilung der Netzwerkadressen zu tun
• DNS basiert auf UDP (Port 53)
© Abteilung für Wirtschaftsinformatik
Folie 23
Das Domain-Name-System (DNS)
www.icann.org
Generic
int
com
edu
sun
yale
eng
ai
cs
gov
Countries
mil
org
acm
eng
linda
robot
© Abteilung für Wirtschaftsinformatik
jack
net
ieee
jill
jp
us
ac
co
keio
nec
cs
csl
at
...
co
ac
univie
ifs
ani
pc24
Folie 24
Aufbau eines TCP-Paketes
© Abteilung für Wirtschaftsinformatik
Folie 25
Client/Server-Kommunikation über TCP/IP
• Server stellen ihre Dienste über
Dienstnummern (engl.: well known
ports) zur Verfügung; Beispiel: 25
Sendmail
• Dienstnummern bis 1024 sind reserviert
für Standard-Dienste (FTP, TELNET,
NNTP, SMTP, SNMP, HTTP ...)
• Für Clients oder nicht-standardisierte
Server werden freie Dienstnummern
vorübergehend zugewiesen
• Server-Prozesse “schlafen” bis eine
Anforderung eintrifft oder werden erst
bei Bedarf gestartet
• Server-Prozesse identifizieren ihre
Klienten anhand des Absenders (IPAdresse und Dienstnummer)
© Abteilung für Wirtschaftsinformatik
Folie 26
Prozeßkommunikation über TCP/IP
sendmail
25 SMTP
popper
110 POP
TCP
UDP
date
13 Daytime
Anwendungsprozeß
Socket - TCP oder UDP,
einem Port zugeordnet
IP
TCP/IP
Netzwerksoftware
Network Access
Layer
Kartenspezifische
Netzwerksoftware
© Abteilung für Wirtschaftsinformatik
Folie 27
Protocol-Multiplexing mit Ports
sendmail
popper
date
sendmail
popper
date
25 SMTP
106 POP
16 Date
25 SMTP
106 POP
16 Date
TCP
UDP
TCP
UDP
IP
IP
Network Access
Layer
Network Access
Layer
© Abteilung für Wirtschaftsinformatik
Folie 28
SMTP und POP
SMTP
SMTP
POP
POP
• Das SMTP (Simple Mail Transfer Protocol)
dient der Übertragung elektronischer Mail
über eine bidirektionale TCP/IP-Verbindung
• Oft wird die Mail auf einem Mail-Server
zwischengelagert, auf den dann mit POP
(Post Office Protocol) zugegriffen wird
• SMTP (Dienstnummer 25) und POP
(Dienstnummer 110) basieren auf TCP
• POP-Klienten (Beispiel Eudora) können
auch problemlos über eine SLIP oder PPPVerbindung Mail empfangen
© Abteilung für Wirtschaftsinformatik
POP
SMTP, POP
(25, 110)
TCP
IP
Network Access
Layer
Folie 29
Datenübertragung mit FTP
• Zuverlässiger und effizienter Dateitransfer
• Server-Prozeß an den Dienstnummern20 und 21
(TCP)
• Klartext-Protokoll (Mit Hilfefunktion)
• Binäre (unveränderte) Übertragung von Daten
oder Berücksichtigung unterschiedlicher CR/LFKonventionen (ASCII)
• Weite Verbreitung durch Möglichkeit des
anonymen Zugangs zu dafür vorgesehenen
Dateien (Anonymous-FTP)
GET
PUT
FTP (20, 21)
TCP
IP
RFC
RFC959
959
© Abteilung für Wirtschaftsinformatik
RFC
RFC1635
1635
Network Access
Layer
Folie 30
Integration von Diensten durch das WWW
Hypertext (HTML)
News-Artikel
HTTP
Dateitransfer
FTP
Gopher-Menü
NEWS
E-Mail
Terminalemulation
© Abteilung für Wirtschaftsinformatik
Folie 31
WWW-Grundelemente
• Seitenbeschreibungssprache HTML
(Hypertext Markup
Language)
• Kommunikationsprotokoll HTTP
(Hypertext Transfer
Protocol)
© Abteilung für Wirtschaftsinformatik
Folie 32
Die Hypertext Markup Language (HTML)
<HTML>
<TITLE>Kleines Demo</TITLE>
<BODY>
<H1>Hallo Leute!</H1>
HTML ist einfach zu lernen:
<UL>
<LI> Inspiration mit <i>View/Document Source </i>
<LI> Übung macht den Meister
</UL>
</BODY>
</HTML>
• Standardisierung durch W3C
• Herstellerspezifische HTML-Erweiterungen speziell von Netscape, und
Microsoft sind weit verbreitet
© Abteilung für Wirtschaftsinformatik
Folie 33
Der Uniform Resource Locator 1/2
Der URL spezifiziert auf einheitliche Weise den Ort und die
Zugriffsmodalitäten eines Internetdienstes.
<Dienst>:<Dienstspezifischer Teil>
HTTP
http://<Rechner>:<Port>/<Pfad>
http://wi.wu-wien.ac.at/telekomm.html
Default: Port 80
Mail
mailto:<User@Rechner>
mailto:[email protected]
File
file:/<Pfad>
file:/hallo.html
© Abteilung für Wirtschaftsinformatik
RFC
RFC1738
1738
Folie 34
Der Uniform Resource Locator 2/2
FTP
ftp://<User>:<Kennwort>@<Rechner>:<Port>/<Pfad>
ftp://hugo@dec1:/etc/motd
Default: <User> anonymous, <Kennwort> guest, <Port> 21
News
news:<Newsgroup>
news:<Message-ID>
news:comp.infosystems.www
Spezifiziert nicht eine bestimte Resource!
Telnet telnet://<User>:<Kennwort>@<Rechner>:<Port>
telnet://hugo@rudolph/
Default: <User> und <Kennwort> können entfallen, <Port> 23
Gopher gopher://<Rechner>:<Port>/<Gopher-Pfad>
gopher://gopher.wu-wien.ac.at/
Default: <Port> 70, <Gopher-Pfad> kann entfallen
© Abteilung für Wirtschaftsinformatik
Folie 35
Das Hypertext Transfer Protocol (HTTP)
• Protokoll zur Übertragung von Daten
beliebiger Struktur (Entitäten) über
das Internet
• Baut auf TCP auf, die Verbindung wird
jedoch nach jedem Transfer abgebaut
(Zustandsproblematik!)
• Wichtigstes Einsatzgebiet: Transfer von
Hypertext (Content-Type: text/html)
• Content-Typen entsprechen dem MIMEFormat (Multipurpose Internet Mail
Extensions)
• RFC 2616: Hypertext Transfer Protocol - HTTP/1.1
<HTML>
<TITLE>
Abteilung für WI
</TITLE>
...
GET index.html
HTTP (80)
TCP
IP
Network Access
Layer
© Abteilung für Wirtschaftsinformatik
Folie 36
HTTP im Detail
• Kommunikationsaufbau vom Klienten
• Wichtigsten Anfragetypen:
• GET
Eine Entität wird angefordert
HEAD
Anfrage von Steuerinformation
POST
Eine Entität wird dem Server übergeben
• Eine Anfrage kann mittels Request-Header-Fields (Anfrageparameter)
näher spezifiziert werden; Beispiel: If-Modified-Since: <Datum> überträgt
eine Entität nur, wenn sie aktueller ist als das angegebene Datum
• Die Antwort vom Server kann Reply-Header-Field (Antwortparameter)
näher spezifiziert werden; Beispiel: Content-length: <Länge> spezifiziert
Länge der übertragenen Entität in Bytes, Content-type: <MIME-Eintrag>
spezifiziert Art der Entität
© Abteilung für Wirtschaftsinformatik
Folie 37
HTTP Live
© Abteilung für Wirtschaftsinformatik
Folie 38
HTTP-Anfrage
© Abteilung für Wirtschaftsinformatik
Folie 39
HTTP-Methoden
© Abteilung für Wirtschaftsinformatik
Folie 40
HTTP-Antwort
© Abteilung für Wirtschaftsinformatik
Folie 41
HTTP-Status-Codes
© Abteilung für Wirtschaftsinformatik
Folie 42
WWW und Mobilität
• Protokoll (HTTP, Hypertext Transfer Protocol) und
Sprache (HTML, Hypertext Markup Language) des
Web wurden nicht für mobile Anwendungen
entworfen, daraus resultieren zahlreiche Probleme!
• Typische Datengrößen
– HTTP-Anfrage: 100-350 Bytes
– Antworten meist unter 10 KB, Kopfteil ca. 160 Bytes, GIF
durchschnittlich 4,1 KB, JPEG 12,8 KB, HTML 5,6 KB
– aber auch viele sehr große Dateien, nicht
vernachlässigbar
© Abteilung für Wirtschaftsinformatik
Folie 43
WAP - Wireless Application Protocol
• Ziele
– Internet-Inhalte und erweiterte Dienste sollen zu mobilen
Endgeräten (Telefone, PDA, ...) geliefert werden
– Unabhängigkeit von Standards drahtloser Netze
– offen für alle, Vorschläge („weltweite
Protokollspezifikation“) werden Standardisierungsgremien
vorgelegt
– Anwendungen sollen über aktuelle Transportmedien,
Gerätetypen hinweg skalieren und auch auf zukünftige
Entwicklungen anwendbar sein
© Abteilung für Wirtschaftsinformatik
11.18.1 Folie 44
WAP - Wireless Application Protocol
• Plattformen
– beispielsweise GSM (900, 1800, 1900), CDMA IS-95,
TDMA IS-136, Systeme der 3. Generation wie IMT-2000,
UMTS, W-CDMA
• Forum
– WAP-Forum, mitgegründet von u.a. Ericsson, Motorola,
Nokia, Unwired Planet
– Informationen unter http://www.wapforum.org
© Abteilung für Wirtschaftsinformatik
11.18.1 Folie 45
Key Technology: Wireless Connectivity
Satellite
100
Transfer Rate (Mbit/sec)
Wireless Broadband
10
1
Digital Cellular
0.1
Radio
Satellite Networks
Globalstar
www.globalstar.com
IRIDIUM
www.iridium.com
Teledesic
www.teledesic.com
Wireless Broadband Networks
Hiperlan
www.hiperlan.com
WaveLAN
www.wavelan.com
Wireless ATM
www.atmforum .com
Digital Cellular Networks
DECT
www.dect.ch
GSM
www.gsmworld .com
LMDS
www.webproforum.com/lmds
UMTS
www.umts-forum.org
Radio Networks
Bluetooth
www.bluetooth.com
Infrared Networks
IrDA
www.irda.org
Cordless Networks
DECT
www.dect.ch
Infrared
0.01
PAN
LAN
© Abteilung für Wirtschaftsinformatik
MAN
WAN
Folie 46
Spektrum elektromagnetischer Wellen
© Abteilung für Wirtschaftsinformatik
Folie 47
Satellitensysteme
Intersatellitenverbindung (ISL)
Mobile User
Link (MUL)
Gateway Link
(GWL)
MUL
GWL
kleinere Zellen
(Spotbeams)
Bodenstation
oder Gateway
gesamtes
Ausleuchtungsgebiet
(Footprint)
ISDN
PSTN: Public Switched
Telephone Network
© Abteilung für Wirtschaftsinformatik
PSTN
GSM
Benutzerdaten
Folie 48
Wireless LAN (z.B. IEEE-Standard 802.11)
Festes Endgerät
(Fixed terminal)
Mobiles Endgerät
(Mobile terminal)
Server
Infrastrukturnetz
Zugangspunkt (Access point)
Anwendung
Anwendung
TCP
TCP
IP
IP
802.11 MAC
802.11 MAC
802.3 MAC
802.3 MAC
802.11 PHY
802.11 PHY
802.3 PHY
802.3 PHY
© Abteilung für Wirtschaftsinformatik
Folie 49
Bluetooth
• Konsortium: Ericsson, Intel, IBM, Nokia, Toshiba viele Mitglieder
• Anwendungen
– Anbindung von Peripheriegeräten
• Lautsprecher, Joystick, Kopfhörer
– Unterstützung von ad-hoc-Netzwerken
• kleine, billige Geräte
– Verbindung von Netzwerken
• e.g., GSM über Handy - Bluetooth – Laptop
• Einfacher, billiger Ersatz für IrDA, eingeschränkte
Reichweite, niedrige Datenraten, geringer
Stromverbrauch
© Abteilung für Wirtschaftsinformatik
Folie 50
Mobile IP
HA
2
MN
Empfänger
3
Heimatnetz
Internet
FA
Fremdnetz
1.
1
CN
Sender
© Abteilung für Wirtschaftsinformatik
2.
3.
4.
Sender (CN) sendet an IP-Adresse von
Mobile-Node (MN)
Home-Agent (HA) fängt Paket ab
HA tunnelt Paket an Foreign-Agent (FA),
durch Kapselung
FA leitet das Paket an MN weiter
Folie 51
Literatur zum Thema
• Hansen, Neumann: Wirtschaftsinformatik I,
8. Auflage, Kapitel 12
• Schiller, J.: Mobilkommunikation. Addison-Wesley
2000
© Abteilung für Wirtschaftsinformatik
Folie 52