Telematik - Institut für Informatik
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FU Berlin, Institut für Informatik Telematik, WS 2002/2003 Telematik Kapitel 1: Einführung und Motivation Trends, Internet, Nutzer, Leitbeispiel, Literatur Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller Freie Universität Berlin Institut für Informatik Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/ AG Technische Informatik Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller 1.1 1.1 FU Berlin, Institut für Informatik Telematik, WS 2002/2003 Übersicht 1. Einführung und Motivation 7. Internet-Protokolle Bedeutung, Beispiele IP, ARP, DHCP, ICMP Routing 2. Begriffswelt und Standards Dienst, Protokoll, IETF, ITU, ISO, ETSI, IEEE, Automat 3. Nachrichtentechnik Daten, Signal, Medien, Physik 4. Bitübertragungsschicht z RIP, OSPF, CIDR, BGP 8. Transportprotokolle UDP, TCP 9. Verkehrssteuerung Kriterien, Mechanismen Verfahren in TCP, RED Codierung Repeater, Modem, DSL 5. Direktverbindungsnetze 10. Klassische Telekommunikationsnetze Telefon, ISDN, ATM IN, GSM Rahmenerzeugung z HDLC, PPP, SDH, ATM Fehlererkennung, Protokolle Ethernet (IEEE 802.3) Token Ring (IEEE 802.5) 11. Anwendungen 6. Vermittlung Paket-/Zell-/Leitungsvermittlung Wegwahlverfahren Brücke/Switch DNS, SMTP, HTTP Darstellungsformate, ASN.1 Management, SNMP Sicherheit z Firewall, TLS, IPSec z Spanning-Tree, Hardware, VLAN Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/ AG Technische Informatik Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller 1.2 1.2 FU Berlin, Institut für Informatik Telematik, WS 2002/2003 Der Begriff „Telematik“ Tele kommunikation Infor matik „Teilgebiet der Informatik, das sich mit der Kommunikation von Daten unter Nutzung technischer Mittel über („größere“) räumliche Entfernungen befasst.“ Telematik (engere Bedeutung): „Gegenüber Standardtelefondienst fortgeschrittene Telekommunikationsdienste in Verbindung mit digitaler Netztechnik.“ (z.B. Telefax, Online Dienste, Mehrwertdienste) Telematik (in Verbindung mit Anwendungen): z Telematik im Verkehrswesen (Verkehrstelematik): rechner- und kommunikationsgestützte Verkehrsleitsysteme z Telematik in der Medizin (Telemedizin): Ferndiagnose, Patientenüberwachung, Tele-Chirurgie Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/ 1.3 Der Begriff „Telematik“ ist eigentlich ein Mantelwort, zusammengesetzt aus „Telekommunikation“ und „Informatik“. Durch diese Begriffsbildung soll zum Ausdruck gebracht werden, dass keines der beiden Fachgebiete allein die vielfältigen Aspekte, die im Zusammenhang mit dem zentralen Begriff, der „Kommunikation“, betrachtet werden müssen, vollständig behandeln kann. Statt dessen ist eine integrierte Sichtweise notwendig, die sich auf Verfahren, Ideen und Modelle aus beiden Gebieten stützt. Neben der (oben angegebenen) allgemeinen Definition, kann der Begriff „Telematik“ auch eine Reihe weiterer (engerer) Bedeutungen besitzen, die nicht zentraler Bestandteil dieser Vorlesung sind. So z.B. als Bezeichnung für (gegenüber dem Standardtelefondienst) fortgeschrittene Telekommunikationsdienste, im Verkehrswesen (Verkehrstelematik) sowie in der Medizin (Telemedizin). AG Technische Informatik Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller 1.3 FU Berlin, Institut für Informatik Telematik, WS 2002/2003 Grundlegendes Buch für die Vorlesung Larry Peterson, Bruce S. Davie: Computernetze - Ein modernes Lehrbuch dpunkt.verlag, Heidelberg, 2000 ISBN 3-932588-69-X Gibt es ebenso in Englisch (Computer Networks, ISBN 1-558605-77-0) Deckt alle Internet-relevanten Inhalte ab Deckt aber nicht die klassischen Telekommunikationsnetze ab Eine Übersicht über fast alle Teile der Vorlesung gibt G. Krüger & D. Reschke: Lehr- und Übungsbuch Telematik. Fachbuchverlag Leipzig, 2. Auflage, 2002. ISBN 3-446-22073-9, < 30€! Weitere Literatur am Ende des Kapitels Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/ 1.4 Die vorliegenden Unterlagen sind im Laufe mehrerer Vorlesungen an den Universitäten Karlsruhe (Prof. Krüger, Prof. Juling, Prof. Zitterbart), Kiel (Prof. Schiller), Braunschweig (Prof. Zitterbart), FU Berlin (Prof. Schiller) entstanden und beinhalten auch Material diverser Firmenveröffentlichungen, Internet-Quellen etc. Zahlreiche Autoren haben hierzu beigetragen, welche im Einzelnen gar nicht mehr alle genannt werden können. Daher ohne Namensnennung ein großer Dank an alle, die im Laufe der Jahre etwas zu diesen Folien beigetragen haben! Bei Fragen, Anregungen, Kommentaren zu diesen Folien bitte eine Email an [email protected]! AG Technische Informatik Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller 1.4 FU Berlin, Institut für Informatik Telematik, WS 2002/2003 Entwicklungstrend: Mobile Kommunikation „Jedermann, zu jeder Zeit, an jedem Ort (mit jeder Kommunikationsform)“ anybody, anybody,(m)anytime, (m)anytime,(m)anywhere (m)anywhere Schrittmacherrolle: Mobiltelefonie derzeit bereits über 1 Milliarde Nutzer Festnetztelefonie bereits übertroffen z ebenso das „feste“ Internet weltweite Abdeckung auch durch Satellitensysteme Ziel: Übertragung von Sprache, Daten, Audio, Video ... Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/ 1.5 Mobile Kommunikation wird heute oft mit Mobilfunkkommunikation gleichgesetzt und diese wiederum mit der Mobiltelefonie. Seit Einführung der digitalen Mobilfunknetze (in Deutschland D1 und D2) hat die Mobiltelefonie eine rasante Entwicklung genommen. Der jährliche Zuwachs an Mobiltelefonteilnehmern hat selbst die hohen Steigerungsraten des Internet übertroffen. Die Steigerungsraten sind auch weltweit zu verzeichnen. Dabei ist für die Mobilfunkverbreitung vorteilhaft, dass keine aufwendige Anschlussinfrastruktur zum Teilnehmer erforderlich ist (beim sogenannten ortsgebundenen Festnetz (z.B. dem ISDN) entfallen auf den Anschlussbereich der Teilnehmer fast 50% der gesamten Netzkosten). Deshalb stellt die Überbrückung des letzten Kilometers (englisch last mile) ein großes Problem für die Konkurrenten der Deutschen Telekom AG dar. In Ländern mit großer geografischer Ausdehnung spielen die Verkabelungskosten der Teilnehmer eine noch größere Rolle. Die im Slogan: „Jedermann, zu jeder Zeit, an jedem Ort“ hervorgehobene Ortsunabhängigkeit wird durch die zunehmende Verfügbarkeit von Satellitensystemen, für die auf den Aufbau einer terrestrischen Funkinfrastruktur verzichtet werden kann (direkte Kommunikation mit „Satellitenhandies“), praktisch auf der ganzen Erde realisierbar. Zwei Mobilitätsaspekte lassen sich generell trennen: Benutzermobilität: Drahtlose Kommunikation von jedem beliebigen Standort Gerätemobilität: Beliebige Standortwechsel eines Gerätes (z.B. PC) im Festnetz. AG Technische Informatik Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller 1.5 FU Berlin, Institut für Informatik Telematik, WS 2002/2003 Mobile and Wireless Web Services – Always Best Connected LAN, WLAN 780 kbit/s GSM 57 kbit/s Bluetooth 500 kbit/s UMTS, GSM 115 kbit/s LAN 100 Mbit/s, WLAN 54 Mbit/s UMTS, DECT 2 Mbit/s GSM 384 kbit/s, WLAN 780 kbit/s GSM 115 kbit/s, WLAN 11 Mbit/s Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/ AG Technische Informatik Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller UMTS, GSM 384 kbit/s 1.6 1.6 FU Berlin, Institut für Informatik Telematik, WS 2002/2003 Entwicklungstrend: Technische Kommunikation Heute: Telekommunikation zwischen Menschen im Vordergrund Zukünftig: Technische Geräte / technische Systeme kommunikationsfähig Beispiele: Produktionseinrichtungen Tele-Diagnose, Tele-Wartung, Tele-Betrieb Kommunikation in/mit Fahrzeugen u.a. Verkehrstelematik Hausnetze Sicherheit, Haushaltsgeräte-Kommunikation, Heizungssteuerung, usw. Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/ 1.7 Die Telekommunikationstechnik der letzten 150 Jahre (beginnend mit der Telegrafie, dann dominiert durch das Telefon, aber auch als Massenkommunikationsmittel Rundfunk und Fernsehen) war auf den Menschen als Empfänger (und im Prinzip auch als Sender) ausgerichtet. Das gilt auch im Kern für die online Nutzung eines PCs. In Zukunft wird sich dieses Bild grundlegend ändern. Da immer mehr technische Geräte, Maschinen, Fahrzeuge und komplexere „Verbunde“ von Maschinen (technische Systeme) durch Computer (Mikroprozessoren) überwacht, gesteuert und geregelt werden, ist es naheliegend, auch die in die Gerätefunktionen eingebetteten Computersysteme (embedded systems) mit Kommunikationsfähigkeiten auszustatten. So können sie untereinander, das ist heute schon oft die Regel, aber auch mit externen technischen Einrichtungen und natürlich auch mit den Menschen kommunizieren. Die Kommunikation aus dem Gerät heraus kann über eine Funkschnittstelle, einen „Kommunikationsdraht“ und dann über das Festnetz oder auch über die Starkstromleitung (elektronischer Netzanschluss) erfolgen. Bereits heute haben in der industriellen Produktion Systeme zur Fernwartung, Ferndiagnose und auch Fernbedienung große Bedeutung erlangt. Viele deutsche mittelständische Maschinenbauunternehmen können so ihre gegebenenfalls weltweit verteilten Produkte, wie Werkzeugmaschinen, Fertigungsstraßen usw. fernbetreuen, ohne permanent hochqualifizierte Spezialisten vor Ort oder auf Reisen zu haben. AG Technische Informatik Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller 1.7 FU Berlin, Institut für Informatik Telematik, WS 2002/2003 Examples from the CST lab LAN, WLAN, GPRS RF, wired Industry control system local server + cache Wireless embedded web server Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/ AG Technische Informatik Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller Internet Amazon.com GPRS, WLAN, … Client 1.8 1.8 FU Berlin, Institut für Informatik Telematik, WS 2002/2003 Entwicklungstrend: Ubiquitäre Informationstechnologien Ubiquität („Allgegenwärtigkeit“): Nichtgebundensein an einen Standort Information als überall erhältliches Gut ÖInformation Technology (IT) beyond the PC Persönliche Technologien Zugang zu IT-Diensten mit sich herumtragen Beispiele: Persönliche Digitale Assistenten (PDAs), Wearable Devices Informationsumgebungen Zugang zu IT-Diensten überall vorhanden Beispiele: Intelligente, kommunikationsfähige Geräte/Systeme, Aktive Gebäude (cooperative buildings) Ubiquitäre Unterstützung wirkt im Hintergrund, wird selbst aktiv, (teil-)autonom von Menschen. Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/ 1.9 Allgemeine Entwicklungstendenz: früher: Viele Menschen an einem Computer heute: Ein Computer pro Person bald: Viele Computer pro Person AG Technische Informatik Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller 1.9 FU Berlin, Institut für Informatik Telematik, WS 2002/2003 Entwicklungstrends in der Übersicht UMTS, WLAN, DAB, GSM, TETRA, ... ad c ho Personal Travel Assistant, DAB, PDA, Laptop, GSM, UMTS, WLAN, Bluetooth, IrDA... Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/ 1.10 Die Abbildung bringt noch einmal die beschriebenen Entwicklungstrends in Zusammenhang: Mobile Kommunikation erlaubt es Passagieren eines Fahrzeuges, zu beliebigen Zeitpunkten zu telefonieren oder Daten abzurufen. Fahrzeuge können untereinander spontan „ad-hoc“-Netzwerke bilden, die beispielsweise einen Austausch von Abstandsdaten oder Warnsignalen erlauben und somit die technische Kommunikation zwischen Fahrzeugen ermöglichen. In Fahrzeugen ist natürlich auch der Einsatz von PDAs möglich, die mittels der Kommunikationseinrichtungen im Fahrzeug Zugang zu beliebigen Diensten haben (Bsp.: WWW). AG Technische Informatik Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller 1.10 FU Berlin, Institut für Informatik Telematik, WS 2002/2003 Einsatz technischer Mittel - Telekommunikation Die klassische Nachrichten-/Telekommunikationstechnik ist von der Sprachkommunikation (Telefon) geprägt (technisch und wirtschaftlich). Menschen als Kommunikationspartner: akustische Schnittstelle Mensch Mensch Komm.- Schnittstelle Komm.- Schnittstelle TelefonTelefonapparat apparat Telefonnetz Telefonnetz akustische Schnittstelle TelefonTelefonapparat apparat Mensch Mensch eingefügtes technisches System Modell einer Telefonkommunikation Das technische System wird in den - ansonsten weitgehend unveränderten Kommunikationsablauf eingefügt. akustische Schnittstelle Mikrofon akustische Schnittstelle Festnetz/Funknetz Radio-Lautsprecher Modell einer Rundfunkkommunikation Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/ AG Technische Informatik Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller 1.11 1.11 FU Berlin, Institut für Informatik Telematik, WS 2002/2003 Telefondienst dominierte den Telekommunikationsmarkt Anteile der Bereiche des Dienstemarkts am Gesamtumsatz von 68 Milliarden DM (1997) Datendienste, Datenmehrwert dienste 11% Mediendienste, Kabel-TVÜbertragung 6% Mobilfunk 17% Telefondienst 61% Sprachmehrwertdienste 5% Quelle: Computer Zeitung 8/1998 Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/ AG Technische Informatik Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller 1.12 1.12 FU Berlin, Institut für Informatik Telematik, WS 2002/2003 Ablösung des reinen Sprachverkehrs als Wachstumsträger % (auf das Jahr 1996 bezogen) 300 250 200 Sprache IP-Verkehr 150 100 50 0 1996 1997 1998 1999 2000 2001 Quelle: Alcatel Telecommunication Review, 1998 Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/ AG Technische Informatik Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller 1.13 1.13 FU Berlin, Institut für Informatik Telematik, WS 2002/2003 Historie: Technik Jahr 1840 Erfindung Morse-Telegraf 1861 1887 1892 Telefon elektromagn. Wellen Automatischer Drehwähler Rundfunk Koaxialkabel Nachrichtensatelliten Glasfaser (USA) WDM (wavelength division multiplex) 1923 1929 1964 1966 1984 1997 Leistung Elektronischer Nachrichtenaustausch über größere Distanzen Sprachkommunikation über größere Distanzen Funktechnik Automatisierung der Telefonvermittlung Massenkommunikation Höhere Datenraten Grundlage für globale Kommunikation extreme Steigerung der Datenraten Aufhebung des Fernmeldemonopols Steigerung der Datenraten auf Glasfaserstrecken auf bis zu 1 Terabit/s (Tera = 1012) Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/ 1.14 "Das Pferd frisst keinen Gurkensalat“ (aus c‘t/Heise-Ticker, 22.10.01) Auf die Frage „Wer hat das Telefon erfunden?“ würden die meisten Menschen wohl antworten: Alexander Graham Bell. Das stimmt, solange man den Inhaber des Patents als Erfinder betrachtet. Es stimmt nicht, wenn man die Spuren dieser Idee weiter zurückverfolgt. Denn den ersten „Ferntonapparat“ baute Johann Philipp Reis, Bäckersohn aus Hessen. Am 26. Oktober 1861 stellte er seine Erfindung im Frankfurter Physikalischen Verein[1] vor. Reis, 1834 im hessischen Gelnhausen geboren, besuchte in Friedrichsdorf im Taunus ein Internat, an dem er später als Lehrer arbeitete. Dies scheint ihm genug Zeit gelassen zu haben für sein Hobby, die Tüftelei. In der Scheune hinter dem Haus erfand er neben einem Vorläufer des Telefons auch ein Dreirad und eine Wasseruhr. Sohn Carl beschreibt den Vater als doppelten Dickschädel: Er habe "einen außergewöhnlich dicken Kopf" gehabt und sich seine Hüte stets Maß schneidern lassen. Und: "Wollte er einen wohlerwogenen Entschluss zur Ausführung bringen, ließ er sich durch nichts abbringen". Seine ursprüngliche Absicht bei der Erfindung des Telefons, erinnert sich Reis in seinen Memoiren, sei es weniger gewesen, Töne zu übertragen. Er wollte verstehen, wie das Gehör funktioniert. Eine frühe Version seines Geräts ist in dem kleinen Museum zu sehen, das in Reis’ Friedrichsdorfer Wohnhaus untergebracht ist. Ein aus Holz geschnitztes Ohr dient dabei als Sender, eine Schweinsblase imitiert das Trommelfell, ein Metallstreifen bildet den an einen Stromdraht angeschlossen Hammer. Bewegen Schallwellen die Membran, wird ein Stromkreis geschlossen oder unterbrochen. Als Empfänger verwendet Reis eine mit einem Draht umwickelte Stricknadel, die durch die Stromstöße magnetisiert wird. Als Resonanzkörper dient anfangs eine Geige, später ein Holzkästchen. Zu Ruhm und Reichtum kam Reis durch seine Erfindung nicht. Die Meriten erntete Bell, der Reis vor allem eines voraus hatte: In den USA gab es bereits ein Patentrecht, in Deutschland noch nicht. Freilich hatte Bell die Erfindung von Reis auch technisch weiter entwickelt: "Hauptvorteil war, dass bei Bell die Kommunikation in beide Richtungen funktionierte, weil er Sender und Empfänger vereinte", erklärt die Leiterin des Friedrichsdorfer Museums, Erika Dittrich. Als Bell das Telefon 1876 patentieren ließ, war Reis bereits zwei Jahre tot. Er starb mit 40 Jahren. Der Legende nach begann der Siegeszug des Telefons mit Sätzen ohne Sinn. Die Geschichte geht zurück auf einen Lehrer-Kollegen, der in seinen Erinnerungen eine Vorführung im Hause Reis schildert: Reis’ Schwager las am Telefon im Garten ein Buch vor, Reis wiederholte dem Publikum laut den Text, den er dem Empfänger abgelauscht hatte. Der Kollege konterte, er kenne vielleicht das Buch auswendig. "Deshalb ging ich selbst in den Raum, in dem das Telefon stand, und sprach einige Sätze wie 'Die Sonne ist von Kupfer' oder 'Das Pferd frisst keinen Gurkensalat'". Reis verstand zwar nicht genau, was das Pferd frisst und dachte, die Sonne sei aus Zucker, aber der Kollege war dennoch überzeugt. 1861 führte der Tüftler sein Telefon erstmals vor Fachpublikum vor. Es war inzwischen mehrfach verändert worden und glich nicht mehr seinem anatomischen Vorbild. Die Mitglieder des Physikalischen Vereins erlebten mit, wie zwei Assistenten in einem anderen Raum musizierten. Einer sang und einer spielte Horn. Musik war mit dem Reis-Telefon zwar besser zu verstehen als Text, sagt der heutige Vorsitzende des Physikalischen Vereins, Gerd Sandstede. "Die These, mit dem Reisschen Apparat sei keine Sprache übertragbar gewesen, ist aber inzwischen widerlegt.„ Über die Reaktion der Fachkollegen war der Erfinder enttäuscht. Unter Protest legte er seine Mitgliedschaft nieder. "Er hatte sich erhofft, dass der Physikalische Verein mehr für die Vermarktung tut", sagt Sandstede, "aber das war nicht seine Aufgabe." Der Verein habe ihm geholfen, bekannt zu werden, ihm Auftritte vermittelt und Veröffentlichungen ermöglicht. Er habe ihn auch in Kontakt gebracht zu einem Frankfurter Mechaniker, der das Telefon in Serie produzierte und für 21 Gulden in alle Welt verkaufte. Private Nutzer gab es noch nicht, die ersten Käufer waren Fachleute – wie Mr. Bell. (Sandra Trauner, dpa) / (jk/c't) URL dieses Artikels: http://www.heise.de/newsticker/data/jk-22.10.01-000/ Links in diesem Artikel: [1] http://www.physikalischer-verein.de AG Technische Informatik Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller 1.14 FU Berlin, Institut für Informatik Telematik, WS 2002/2003 Computergestützte Telekommunikation Digitale Telekommunikation Digitalisierung aller Kommunikationsformen (Gesprochene Sprache, Musik, Text, Grafik, Festbild, Bewegtbild (z.B. Video), Technische Daten) Ausrichtung auf Multimedia (Integration mehrerer Kommunikationsformen) vorzugsweise für den Menschen als Empfänger Grundlage: Computer-Computer-Kommunikation Digitale Telekommunikation ist ausschließlich auf Mikroelektronik/Computer-Basis und damit durch Hard-/Software-Systeme der Telematik realisiert. Moderne Telekommunikationsnetze (unter Einschluss der Endgeräte) sind Computernetze (Computer Networks). Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/ AG Technische Informatik Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller 1.15 1.15 FU Berlin, Institut für Informatik Telematik, WS 2002/2003 Kommunikationsbasis: Computernetze Haushaltsgerät Übertragungs- und Vermittlungssystem LAN 2 mobile Teilnehmer LAN 1 Roboter Backbone Drahtloses LAN Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/ Multifunktionales/ Multimediales Endgerät 1.16 Grundlage für die Telekommunikation ist ein vernetztes System, das sich im Wesentlichen aus Endsystemen und Vermittlungseinrichtungen zusammensetzt. Endsysteme bieten dabei sowohl Personen den interaktiven Zugang zur Telekommunikation als auch technischen Einrichtungen wie beispielsweise Datenbanken oder Fernüberwachungssystemen. AG Technische Informatik Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller 1.16 FU Berlin, Institut für Informatik Telematik, WS 2002/2003 Rolle der Software für Telekommunikationssysteme Komplexitätszunahme der Software am Beispiel von EWSD-Systemen (Digitale elektronische Wählsysteme von Siemens, wie sie im öffentlichen Telefonnetz eingesetzt werden): 1960 1970 1980 1990 2000 60 MOI 50 MOI 40 MOI 30 MOI Apollo 20 MOI 10 MOI Space B-ISDN Shuttle (S9) geschätzt Lunar EWSD-APS USA Mission (Doku: 750.000 DIN-A4) Control EWSD-APS WM Gemini Mercury EWSD-APS DBP-14 MOI = Millionen Objekt-Code-Instruktionen Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/ AG Technische Informatik Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller 1.17 1.17 FU Berlin, Institut für Informatik Telematik, WS 2002/2003 Das Internet Das Internet besteht aus einer Menge von Computern, die z dasselbe Netzwerkprotokoll TCP/IP verwenden; z irgendwie (direkt oder indirekt) miteinander verbunden sind; z gewisse Dienste anbieten oder benutzen, einer Menge von Nutzern, die vom Arbeitsplatz direkten Zugriff auf die angebotenen Dienste haben, einer Menge von weiteren, über Gateways erreichbaren Netzen. Institut für Informatik FU Berlin Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/ AG Technische Informatik Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller Deutschland Welt 1.18 1.18 FU Berlin, Institut für Informatik Telematik, WS 2002/2003 Struktur des Internets Ziel Weltweite Kommunikation zwischen Rechnersystemen unterschiedlicher Bauart Struktur: Kopplung einzelner Rechner bzw. lokaler Netze über ein teilvermaschtes Netz von Routern LAN R L A N R Router Router R R Router R Router Rechnersystem R R Definition einer einheitlichen Protokollfamilie: TCP/IP Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/ AG Technische Informatik Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller 1.19 1.19 FU Berlin, Institut für Informatik Telematik, WS 2002/2003 Das Internet als Summe vieler Netze (Netz der Netze) Das Internet gehört heute und in absehbarer Zukunft zu den größten und bedeutendsten weltweiten Kommunikationssystemen Distanz zwischen Rechner im Rechensystemen selben LAN Raum Gebäude Gelände MAN Stadt Land Kontinent WAN 10 m 100 m 1 km 10 km 100 km 1.000 km Internet Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/ Â Kopplung von unterschiedlichen Netzen auf der Basis gewisser Kommunikationsprotokolle 1.20 Das Internet ermöglicht die Kopplung der unterschiedlichsten Netztypen zu einem weltweiten Kommunikationsverbund. Eine erste Einteilung dieser verschiedenartigen Netze lässt sich dabei anhand ihrer Ausdehnung vornehmen: LAN (Local Area Network) MAN (Metropolitean Area Network) WAN (Wide Area Network) Wir werden später sehen, dass die Flexibilität, praktisch beliebige Netze und damit verknüpfte Übertragungstechniken in einem Netz, dem Internet, zusammenzufassen, dadurch erreicht wird, dass die Kopplung dieser Netze auf einer Protokollebene erfolgt, die oberhalb der Festlegungen von Übertragungsspezifika liegt. AG Technische Informatik Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller 1.20 FU Berlin, Institut für Informatik Telematik, WS 2002/2003 Dienste im Internet Im Internet häufig genutzte Dienste: World Wide Web (WWW) z weltumspannendes Nachschlagewerk z Basis „Hypertext Transfer Protocol“ (HTTP) Elektronische Post (E-Mail) z Austausch von digitalen (multimedialen) Nachrichten z Basis „Simple Mail Transfer Protocol“ (SMTP) Dateitransfer z Abrufen oder Übermitteln von Dateien z Basis „File Transfer Protocol“ (FTP) Netzwerkverwaltung z Überwachung und Kontrolle von vernetzten Systemen z Basis „Simple Network Management Protocol“ (SNMP) Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/ 1.21 Wie bereits angesprochen, ist eine Grundvoraussetzung im Internet die Verwendung gemeinsamer Kommunikationsprotokolle, konkret der TCP/IP-Protokollfamilie. Auf deren Basis werden dann unterschiedliche Dienste realisiert. Der bekannteste Dienst ist das World Wide Web (WWW), das im Verlauf der Vorlesung noch öfter als Beispiel herangezogen wird. Ebenfalls sehr gebräuchlich sind Dienste zur Übermittlung von elektronischer Post oder zum Transferieren von Dateien. Schließlich sei noch darauf hingewiesen, dass gerade in einem derart komplexen Netz wie dem Internet die Möglichkeit der entfernten computergestützten Verwaltung gegeben sein muss. AG Technische Informatik Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller 1.21 FU Berlin, Institut für Informatik Telematik, WS 2002/2003 Internet-Entwurfsprinzipien Minimalismus und Autonomie Das Netz soll selbstständig funktionsfähig sein und keine internen Änderungen benötigen, falls es mit weiteren Netzen verbunden werden soll. „Best-Effort“-Dienst Das Netz soll versuchen, „so gut es geht“ Daten Ende-zu-Ende weiterzuleiten. Zuverlässige Kommunikation kann durch Wiederholung der Sendung erreicht werden. z Heute werden vielfältige Erweiterungen in Richtung Dienstgüte diskutiert. Zustandsfreie Router Kein Router soll einen bestimmten Zustand pro Ende-zu-EndeKommunikationsbeziehung speichern. z Auch hier werden im Rahmen von Dienstgüteunterstützungen Alternativen diskutiert. Dezentralisierte Steuerung Es gibt keine globale Steuerung der miteinander verbundenen Netze. Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/ AG Technische Informatik Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller 1.22 1.22 FU Berlin, Institut für Informatik Telematik, WS 2002/2003 Historie: Entwicklung des Internet 1962 DoD (Department of Defense, „Pentagon“): Verteidigung hängt von der Kommunikation ab. 1967 ARPA (Advanced Research Project Agency) des DoD: Auftrag „Projektstudie ausfalltolerantes Paketnetz“ an SRI (Stanford Research Institute) 1969 Erstes „Internet“: 4 Hosts 1971 Betriebsaufnahme ARPAnet, das erste Internet-Backbone 1974 Neue Protokollsuite: TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) 1988 IP-Verbindung zum Internet aus Deutschland über EUnet-IRB Dortmund und XLink (eXtended Lokales Informatik-Netz Karlsruhe) 1991 EBONE: Europäisches Backbone 1995 Internet rückt in öffentliches Bewusstsein durch WWW 1996 University Corporation for Advanced Internet Development - Internet2 1999 Zweites Internet2-Backbone: Abilene 2000-2002 Aufstieg und Absturz der dotcoms Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/ AG Technische Informatik Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller 1.23 1.23 FU Berlin, Institut für Informatik Telematik, WS 2002/2003 Schnelligkeit der Durchsetzung des Internets 110 100 90 Zahl der angeschlossenen Haushalte in den Vereinigten Staaten (in Millionen) 80 70 60 50 40 30 Radio 20 10 0 Kabelfernsehen Fernsehen Internet/Online 1922 1950 1982 1994 (Quelle: Bertelsmann) Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/ 1.24 Die obige Grafik stellt die Anzahl der Benutzer von Radio, Fernsehen, Kabelfernsehen und InternetDiensten einander gegenüber. Interessant dabei ist, dass der Internetzugang somit zur Massenkommunikation gerechnet wird. AG Technische Informatik Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller 1.24 FU Berlin, Institut für Informatik Telematik, WS 2002/2003 Geschätzte Anzahl der Benutzer des Internet Nutzer weltweit (Mio.) 350 300 250 200 150 100 50 0 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2005 Quelle: Nua Internet Surveys www.nua.ie/surveys/), 1999 Bereits heute übertroffen! Geschätzt werden etwa 600 mio. Nutzer! Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/ AG Technische Informatik Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller 1.25 1.25 FU Berlin, Institut für Informatik Telematik, WS 2002/2003 Größe der Internet-Top-Level-Domains 5,8 Millionen .de – domains, 162 Millionen hosts weltweit (10/2002)! Hosts je Domain (Mio.) 60 50 40 30 20 10 0 net com jp edu ca it de uk au nl fr br mil us tw es org se mx Quelle: Internet Software Consortium (www.isc.org), 2002 Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/ AG Technische Informatik Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller 1.26 1.26 FU Berlin, Institut für Informatik Telematik, WS 2002/2003 Geschätzte Anzahl von Internet-Hosts in Europa bzw. Deutschland Sep. 2000 Jan. 1992 Quelle: DENIC eG (http://www.denic.de/), 10/2000 Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/ AG Technische Informatik Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller 1.27 1.27 FU Berlin, Institut für Informatik Telematik, WS 2002/2003 Leitbeispiel: Wie kommt ein Bild von Yogi auf einen Laptop im Reichstag? Marsoberfläche Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/ AG Technische Informatik Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller 1.28 1.28 FU Berlin, Institut für Informatik Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/ AG Technische Informatik Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller Telematik, WS 2002/2003 1.29 1.29 FU Berlin, Institut für Informatik Telematik, WS 2002/2003 Übertragungsstrecken abstrakt im Leitbeispiel Sojourner Pathfinder Notebook Antenne LAN Satellit Internet (TCP/IP) Betreiber2 Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/ AG Technische Informatik Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller Mission Control Betreiber0 Betreiber1 1.30 1.30 FU Berlin, Institut für Informatik Telematik, WS 2002/2003 Übertragungsstrecken des Leitbeispiels im Schichtenmodell WWW-Server Funk HTTP Proprietäre Systeme: - Deep Space Network (Erde-Mars) - 9600bps Funkmodem (Pathfinder-Sojourner) Router Router TCP Coax IP Glasfaser Router Router LLC MAC PHY Notebook Gateway WWW-Browser Firewall Glasfaser HTTP TCP Router IP Bridge LLC LLC IP LLC LLC MAC (WLAN) MAC (WLAN) MAC (Ethernet) MAC (Ethernet) MAC (FDDI) PHY (Code...) PHY (Code...) PHY PHY PHY Funk UTP5 - Twisted Pair Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/ AG Technische Informatik Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller 1.31 1.31 FU Berlin, Institut für Informatik Telematik, WS 2002/2003 Leistungsentwicklung: Vergleich Bandbreite/Halbleiter/Bildschirme 1000x Bandbreite: LAN/WAN Leistung/$: Mikroprozessoren Speicher/Chip: Halbleiter 100x Kapazität/$: Speicher 10x Pixel/$: Bildschirme 1x 1998 Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/ AG Technische Informatik Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller 2008 1.32 1.32 FU Berlin, Institut für Informatik Telematik, WS 2002/2003 Informationszeitalter / Informationsgesellschaft 80 Agrarzeitalter Quelle: L.A. Nefiodow: Der fünfte Kontratieff Informationszeitalter Industriezeitalter 70 Erwerbspersonen, Anteil in % 60 Informationen 50 40 30 Dienstleistungen 20 Produktion 10 0 1800 Landwirtschaft 1850 1900 1950 2000 Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/ AG Technische Informatik Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller 2050 1.33 1.33 FU Berlin, Institut für Informatik Telematik, WS 2002/2003 Wirtschaftssektoren Telekommunikationsmärkte TK-Dienstbenutzer TK-Dienstbenutzer soll sollalles allesbezahlen bezahlen Inhalteanbieter Inhalteanbieter bietet bietetInhalte Inhaltefür fürdie dieDienste Dienste an (Zeitungen, Nachrichten, an (Zeitungen, Nachrichten, Verlage, Verlage,Supermärkte Supermärkteusw.) usw.) TK-Dienstanbieter TK-Dienstanbieter bietet bietetMehrwertdienste Mehrwertdiensteauf aufBasis Basisder derLeistungen Leistungen der TK-Netzbetreiber an (z.B. Internet-Provider, der TK-Netzbetreiber an (z.B. Internet-Provider, Anbieter AnbieterininIN IN(Intelligentes (IntelligentesNetz) Netz) wie z.B. 0800-, wie z.B. 0800-,0190-Dienste) 0190-Dienste) TK-Netzbetreiber TK-Netzbetreiber betreibt betreibtals alsöffentliches öffentlichesoder oderprivates privatesUnternehmen Unternehmen das sogenannte Basisnetz (Signaltransportnetz) das sogenannte Basisnetz (Signaltransportnetz) Beispiel: Beispiel:Deutsche DeutscheTelekom TelekomAG, AG,Vodafone, Vodafone,Colt, Colt,Viag, Viag,KPN KPNusw. usw. Telekommunikationsausrüster Telekommunikationsausrüster stellt stelltdie dieHard-/Software-Gerätetechnik Hard-/Software-Gerätetechnik für die für dieanderen anderenFunktionsgruppen Funktionsgruppenbereit bereit Beispiel: Siemens, Cisco, Beispiel: Siemens, Cisco,Lucent, Lucent,Nokia, Nokia,IBM, IBM,Alcatel Alcatelusw. usw. Ein Unternehmen kann dabei auch mehrere Funktionen übernehmen. Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/ AG Technische Informatik Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller 1.34 1.34 FU Berlin, Institut für Informatik Telematik, WS 2002/2003 Zusammenwachsende Industrien Inhalt: Unterhaltung, Informationsdienste, Verlage Interaktives Multimedia Computer: Hardware, Software Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/ AG Technische Informatik Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller Kommunikation: Telefon, TV, Satellit 1.35 1.35 FU Berlin, Institut für Informatik Telematik, WS 2002/2003 Literatur – eine Auswahl J.F. Kurose & K.W. Ross: Computer Networking, Addison-Wesley, 2002. ISBN 0-201-47711-4. Neuartiger Ansatz: Top-Down/von der Anwendung zur Technik, sehr viel hochaktuelle Information zum Internet. A.S. Tanenbaum: Computernetzwerke. Prentice Hall, 4. Auflage, 2002. ISBN 38272-9536-X. Sehr gute allgemeine Einführung, einfach zu lesen. F. Halsall: Data Communications, Computer Networks and OSI. AddisonWesley, 4. Auflage, 1997. ISBN 0-20118244-0. Vergleichbar mit Tanenbaum, etwas präziser bei Details. G. Krüger & D. Reschke: Lehr- und Übungsbuch Telematik. Fachbuchverlag Leipzig, 2002. ISBN 3-446-17465-6. Buch zu Teilen der Vorlesung. W. Stallings: High-Speed Networks TCP/IP and ATM Design Principles. Prentice Hall, 1998. ISBN 0-13-5259657. Aktuelle TCP/IP-Suite, Fokus Hochleistungsnetzwerke. W.R. Stevens: TCP/IP Illustrated, Vol. 1: The Protocols. Addison-Wesley, 1994. ISBN 0-201-63346-9. Grundlegendes über die TCP/IP-Protokollwelt. W.R. Stevens: TCP/IP Illustrated, Vol. 3: TCP for Transactions, HTTP, NNTP, and the UNIX Domain Protocols. AddisonWesley, 1996. ISBN 0-201-63495-3. Anwendungsorientierte Aspekte der TCP/IP-Suite. J. Schiller: Mobilkommunikation. Addison-Wesley, 2000. ISBN 3-82731578-6 Alles aus Sicht der Mobilkommunikation. S. Keshav: An Engineering Approach to Computer Networking. Addison-Wesley, 1999. ISBN 0-201-63442-2. T. Braun: IPnG. dpunkt.verlag, 1999. ISBN 3-920993-98-5 Neue Internet-Protokolle, Dienstgüteaspekte. Sehr fundiertes Buch, auch theoretische Details. Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/ AG Technische Informatik Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller 1.36 1.36