Grundlagen der Telekommunikation und Multi
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Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit Grundlagen der Telekommunikation und MultiMedia Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 1 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation Grundlagen der Telekommunikation • Entwicklungstendenzen • Internet • WWW • Multimedia • Referenzmodelle, Protokolle und Dienste • Standards, Topologien und Technologien Lit.: Müller, G.: et.al. 2003, Kap. 2, S. 23 – 50, Kap. 3, S. 193 - Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 211 2 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation Grundlagen der Telekommunikation • Entwicklungstendenzen • Internet • WWW • Multimedia • Referenzmodelle, Protokolle und Dienste • Standards, Topologien und Technologien Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 3 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation Architekturen und Ebenen ISO/OSI TCP/IP Standards & Protokolle Application Layer Presentation Layer Application Layer FTP, SMTP, HTTP, TELNET, NEWS, GOPHER Session Layer Transport Layer Host-To-Host Transport Layer Network Layer Internet Layer Data Link Layer Network Access Layer Physical Layer Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg TCP, UDP IP ARP, IP over Ethernet, IEEE 802.3, X.25 4 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation Phasen der Rechnerentwicklung Innovation Jahre Primäreffekte Sekundäreffekte 1. Phase Rechner 30er Schnelle Berech nung gro ßer D at enmengen Ration alisierung der Wis sen sch aft 2. Phase Rechenanlagen 60er Verbilligung der Rechen z eit durch M eh rfachnut z ung 3. Phase PC 80er 4. Phase Internet 90er Individ ualis ierung u nd D ez ent ralis ierung W eit ere K ost en reduz ierung B enut z erfreund lichkeit Int egrat ion w eit erer M edien G lo bale K ommunik at ion A ut omat is ierung vo n Verw alt ungs abläufen Sammlung von Verw alt ungs dat en U nt erst üt z ung disp osit iver A bläufe M ult imediale In formatio nsdars tellung Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg ? 5 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation Geschichte der Rechnernetze 1950 Hauptspeicher 64 KB BATCH-Betriebssystem, Einbenutzerbetrieb Programmierung in Assembler Peripherie: Lochstreifen 1960 Hauptspeicher 64 KB (Magnetkerne) BATCH, Multiprogramming, I/O-Kanäle PORTRAN, COBOL Magnettrommel, Magnetplatte, Magnetband, Lochkarten 1970 Hauptspeicher 2 5 6 K B (Halbleiter/Magnetkerne) Virtueller Speicher, Paging Time-Sharing-Betriebssysteme Terminals für Systemprogrammierer Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 6 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation Geschichte der Rechnernetze (2) 1980 Hauptspeicher 1 MB (Halbleiter) Time-Sharing + TP-Monitor Terminal-Netze über Standleitungen Transaktionsverarbeitung On-Line am Terminal Magnetplatte, Magnetband 1990 Leistungsstarke Arbeitsstationen (PCs) mit 16 MB Hauptspeicher,10 MIPS, 1 M Bildpunkte Abteilungsrechner mit 100 MIPS Benutzerfreundliche Programme auf PCs UNIX, WINDOWS, MAC, LINUX PASCAL, C LAN, HSLAN, MAN, ISDN, X-25 2000 B-ISDN, ADSL Mobilität – Phase 1 (UMTS, WLAN Spontane Vernetzung und Miniaturisierung – Phase 2 Mobiles, Ubiquitous, Pervasive, autonomes Computing „OBJEKTE WERDEN SMART“ Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 7 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation Grundlagen der Telekommunikation • Entwicklungstendenzen • Internet – – – – Entwicklung des Internets Heterogene Netzwerktechnologien Client-Server-Prinzip Domain-Name-System • WWW • Multimedia • Referenzmodelle, Protokolle und Dienste • Standards, Topologien und Technologien • Middleware – Neue Standards Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 8 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation Internet und WWW • "the Internet is the entirety of all computers which are interconnected (using various physical networking technologies) and employ the Internet protocol suite on top of their networking systems” – Netzwerktechnologie / Client-Server-Prinzip – Domain Name Service • "the World Wide Web (WWW) is a distributed hypermedia system which is built on top of some of the services provided by the Internet” – Hyper = Verlinkung – Media = Multimedia – URI / URL Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 9 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation Entwicklung des Internets (1) • Ziel: US-Verteidigungsministerium wollte ein Netz, das einen Atomkrieg zu überleben im Stande sein soll. • Gründung der ARPA (Advanced Research Projects Agency) mit dem Ziel, vielversprechende Technologien dem Militär zugänglich zu machen. • • ARPA arbeitete eng mit Universitäten zusammen. Aufbau eines paketvermittelten Netzes, das verschiedene Netzwerke miteinander verband. • 1969 experimentelles Netz mit 4 Knoten an Universitäten. • 1972 Netz mit 35 Knoten, USA überspannend. • 1974 Entwicklung des TCP/IP-Protokolls durch Kahn und Cerf. • 1983 wurde TCP/IP zum Standard für das ARPANET. Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 10 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation Entwicklung des Internets (2) • 1990 wurde das APRANET geschlossen und durch das NSFNET (US National Science Foundation) ersetzt. • Schrittweise Öffnung des Netzes – Immer mehr Personen und Länder, aber auch privat betriebene Netze erhielten einen Zugang zum NSFNET. – Die Benutzerzahl stieg stark an. • 1990 bestand das Internet bereits aus 3.000 Netzen mit über 200.000 Rechnern. • Wachstumsrate ca. 100% p.a. • 1992 Gründung der Internet Society. • Massentauglich wurde das Internet durch die Erfindung der Hyperlinks, durch die das WWW entstand, sowie durch die Einführung von leicht bedienbaren Browsern (s.u.) Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 11 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation Heterogene Netzwerktechnologie (1) Peer-to-Peer Netzwerk - z.B. LAN Zentralrechnerkonzept - z.B. SNA (IBM) Client-Server Prinzip - z.B. Internet Siehe Telematik I, Kap. 7: Client-Server Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 12 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation Heterogene Netzwerktechnologie (2) Wie können unterschiedliche Netze miteinander verbunden werden? • Verbindung homogener Teil- oder Subnetze durch sogenannte Router (auch paketvermittelnde Knoten, Zwischensysteme oder Datenvermittlungsstellen genannt) • Verbindung heterogener Teilnetze durch sogenannte Gateways, die die „Übersetzung“ übernehmen. • Definition von Netzarchitektur, Protokollstapeln und Protokollen notwendig ð Schichtenmodell ð TCP / IP - Referenzmodell Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 13 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation Grundelement: Client-Server Prinzip (1) Im Internet werden Rechner nach dem Client-Server-Prinzip miteinander vernetzt. Server: Client: • Spezialisiertes Programm für viele gleichzeitige Clients • beim Booten automatisch aufgerufen Nutzeraufruf, nur für eine Sitzung • läuft auf „shared computer“ • läuft lokal • wartet auf Kontakt • initiiert Kontakt mit Server • normalerweise mächtige Hardware • viele Server auf einem Rechner möglich • allgemeines Anwendungsprogramm • wird zum Client durch Dienstaufruf • Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 14 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation Client-Server Prinzip (2) Anfrage Zustandslos: Aufruf – Antwort Antwort Client Server (Bsp.: HTTP) Client Zustandsbehaftet: Verbindung Client Server (Bsp.: SSH) Client Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 15 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation Grundelement: Domain Name System (1) Wie werden Clients und Server im Internet eindeutig bezeichnet und auffindbar? Der Namensraum für das Internet ist definiert durch: • IP-Adressen – Internet-Protocol-Adressen – 32-Bit Nummern (4x8 Bit) – Bsp.: 132.230.16.1 • Domain Name System – hierarchische Namen • besser zu merken (anwendungsorientiert) durch logische Namensgebung (www, ftp, mail) • längere Gültigkeit als Nummern (Reorganisationen) – Bsp.: www.iig.uni-freiburg.de – Abbildung des Namens auf eine IP-Adresse notwendig Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 16 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation Domain Name System (2) Die Domain Names im Internet sind hierarchisch organisiert. • Top-Level Domains – Verwaltung und Vergabe durch ICANN (Internet Corporation for Assigned Names and Numbers) – Ländercodes nach ISO 3166 (z.B. .de, .at, .li, ...) – generic Top-Level-Domains (.edu, .com, .org, .net, ...) – sieben neue generic Top-Level-Domains (.aero, .biz, .coop, .info, .museum, .name, .pro) • Sub Domains – Dezentrale Verwaltung durch jeweiligen „Inhaber“ der Top-Level Domain. Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 17 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation Grundlagen der Telekommunikation • Entwicklungstendenzen • Internet • WWW – – – – – Entwicklung Hypermedia URI / URL HTTP Markup / HTML • Multimedia • Referenzmodelle, Protokolle und Dienste • Standards, Topologien und Technologien • Middleware – Neue Standards Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 18 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation Entwicklung des WWW Entstehung des World Wide Web: • CERN, Genf, 1989, Tim Berners Lee (Physiker): – – – – Ziele: Wissenschaftliche Dokumente online sichtbar machen Hypertext, Dokumentformat HTML, Protokoll HTTP Erster Browser und Server 1990 Leiter des WWW-Konsortiums (W3C) • NCSA, Urbana-Champaign (Illinois), 1992, M. Andreessen: – Erster GUI-Browser: Mosaic (1993) – Nachfolger: Netscape 1.0 (1994) • 1990: erste Implementierung Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 19 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation WWW als Hypermedia-System ð "Hyper" kommt durch die Verlinkung, • Hypertext Dokumente – keine sequentielle Präsentationsreihenfolge – Dokument als Menge verbundener Ressourcen • Format der Ressourcen • Format der Verbindungen (Links) – erste Systeme waren rein textbasiert – zunehmende Bedeutung des Betrachters • keine eindeutige Präsentation vorgegeben • aktive Navigation statt passive Präsentation ð "Media" durch Multimediafähigkeit. • Multimedia Dokumente – Integration verschiedener Medientypen Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 20 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation Anforderungen an Hypermedia (1) Probleme, die für den Einsatz eines Hypermedia-Systems wie dem WWW gelöst werden müssen: Inhalt/ Präsentation Identifikation Information Information Bla bla bla Bla blabla Bla bla bla InformationBla Bla bla bla blabla Bla Information blabla Bla bla bla Bla blabla Zugriff Client Server Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 21 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation Anforderungen an Hypermedia (2) • Tragfähige Infrastruktur (Netz, Hosts) • Ressourcen-Identifikation oder "how to name a document“ – eindeutige Kennzeichnung – Auffindbarkeit in global verteilter Umgebung ð Uniform Resource Identifier (URI), Ressourcen-Zugriff oder "how to get a document“ – Zugriff mit allgemein unterstütztem Verfahren – einfache Methode (überall implementiert) ð Hypertext Transfer Protocol (HTTP), Ressourcen-Inhalt oder "the document format for hypertext“ – allgemein verständliches Format – Einbettung von Referenzen auf Ressourcen – Unterstützung für verschiedene Typen von Ressourcen (Multimedia) ð Hypertext Markup Language (HTML) Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 22 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation HTTP - Sicherheit Transportinfrastruktur im Internet ist unsicher, der Aufbau einer sicheren Transportinfrastruktur durch Secure Sockets Layer (SSL) ist möglich. • SSL definiert ein Protokoll mit den Eigenschaften – Verbindungssicherheit – Optionale Authentifizierung • Anonymität • Server-Authentifizierung • Authentifizierung beider Parteien – Zuverlässigkeit einer Verbindung • Ziele von SSL – Kryptografische Sicherheit – Interoperabilität – Erweiterbarkeit Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg Anwendung (z.B. Browser) HTTP SSL Internetschicht (TCP/IP) Netzwerkschicht 23 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation Grundlagen der Telekommunikation • Entwicklungstendenzen • Internet und WWW • Multimedia – – – – – Grundbegriff „Medium“ Perzeptionsmedium Medientypen in der Informatik Eigenschaften „Multimedia“ Einsatz von Multimedia • Referenzmodelle, Protokolle und Dienste • Standards, Topologien und Technologien • Middleware – Neue Standards Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 24 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation Multimedia Multimedia ist ein altes Konzept der Informationsvermittlung Illustrationen (Bilder, Graphiken) in Büchern (umgangssprachlich) aber: problematisch für automatisierte Verfahren Technische Definition nach Steinmetz: „Ein Multimediasystem ist durch die rechnergesteuerte, integrierte Erzeugung, Manipulation, Darstellung, Speicherung und Kommunikation von unabhängigen Informationen gekennzeichnet, die in mindestens einem kontinuierlichen (zeitabhängigen) und einem diskreten (zeitunabhängigen) Medium kodiert sind.“ Beachte: Umgangssprachlich werden bereits Systeme, in denen zwei verschiedene Medientypen (z.B. Text und Bild) verarbeitet werden können, Multimedia-Systeme genannt! Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 25 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation Grundbegriff „Medium“ (1) Es existieren verschiedene Charakterisierungen für den Begriff „Medium“: • Perzeptionsmedium • Repräsentationsmedium • Präsentationsmedium • Speichermedium • Übertragungsmedium • Informationsaustauschmedium Im Rahmen der Vorlesung wird hauptsächlich die abstrakte Darstellung von Repräsentationsmedien behandelt. ð Ausführlich in Müller, G., Kapitel „2. Medientypen“ Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 26 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation Grundbegriff „Medium“ (2) • (è) Perzeptionsmedium: – Wie nimmt der Mensch Informationen auf? – Abgeleitet von den menschlichen Sinnen: Hören und Sehen • hören ð auditive Medien: Musik, Geräusch, Sprache • sehen ð visuelle Medien: Text, Animation, Bewegtbild • Repräsentationsmedium: – Wie wird Information im Rechner kodiert? – Beispiele: • • • • Text (ASCII-Kodierung) Audiodatenstrom (PCM -Kodierung) Einzelbild (JPEG-Format) Kombinierte Audi-Videosequenz (PAL, SECAM oder MPEG) Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 27 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation Grundbegriff „Medium“ (3) • Präsentationsmedium: – Über welches bzw. mit Hilfe welches Mediums wird Information von einem Rechner ausgegeben oder in einen Rechner eingelesen? ð Schnittstelle Information-Rechner – Ausgabemedien: Drucker, Bildschirm, Lautsprecher – Eingabemedien: Tastatur, Kamera, Mikrofon, Maus • Speichermedium: – Wo bzw. worauf wird die Information gespeichert? – Beispiel: • • • • • Papier Mikrofilm Diskette Festplatte CD-ROM Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 28 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation Grundbegriff „Medium“ (4) • Übertragungsmedium: – Worüber wird Information übertragen? – Beispiel: • Koaxialkabel • Glasfaser • Luft • Informationsaustauschmedium: – Welcher Informationsträger wird für den Austausch von Informationen zwischen verschiedenen Orten verwendet? • Speichermedien (bei Zwischenspeicherung) • Übertragungsmedien Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 29 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation Multimedia: Eigenschaften rechnergesteuert kontinuierlich Kommunikation unabhängig Integration Manipulation Speicher diskret Präsentation Quelle: nach Hertwich, Steinmetz 1992 Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 30 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation Multimedia: Interaktionsformen Interaktionsformen Mensch-Computer-Interaktion - Austausch von Informationen zwischen einem Menschen und einem technischen System Mensch-Medien-Interaktion Mensch-zu-Mensch-Interaktion - Der Computer dient als Mittler, nicht als Rechner strukturierter Aufgaben. - Kommunikation zwischen Menschen, die physikalisch nicht am selben Ort sind bzw. asynchron kommunizieren wollen. Mensch-Maschine-Symbiose Verbundene Schnittstellentechnologien und Begriffe Lochkarten, Tastatur, Kommando- und Befehlssprachen, Maus, Menütechnik, WYSIWYG, Icons, Track-Ball, Piktogramme, Windowtechnik Datenhandschuh, sprachgebundene Datenein-gabe, Datenhelm, Audio, Video, Multimedia Multimedia, virtuelle Realität, CSCW, Groupware, Audio, Video Personal Computing als Erweiterung der intellektuellen Fähigkeiten Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 31 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation Grundlagen der Telekommunikation • Entwicklungstendenzen • Internet und WWW • Multimedia • Referenzmodelle, Protokolle und Dienste • Standards, Topologien und Technologien • Middleware – Neue Standards Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 32 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation Technisches Abstraktionsmodell Rechner 1 Rechner 2 Anwendungsfunktion Anwendungsprotokolle Anwendungsfunktion Kommunikationsfunktion Kommunikationsprotokolle Kommunikationsfunktion Medienfunktion Medienprotokolle Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg Medienfunktion 33 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation Wirtschaftliches Schichtenmodell Aufbau der Schichtung Schichttyp A Anwendungsorientierte (nicht-technische) Schichten Koordination Koordination Kooperation Kooperation Kommunikation Informationstechnische Schichten B Kommunikation Anwendungsdienste Anwendungsdienste Kommunikationsdienste Kommunikationsdienste Mediendienste Mediendienste Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 34 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation Dienste Anwendungsprozeß A Connectrequest Connectconfirmation Kommunikationssystem Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg Anwendungsprozeß B Connectresponse Connectindication Kommunikationssystem 35 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation Weiterführende Literatur • Mueller, G. u.a.: Kap. 2. S. 63 - 178 • Müller, G. u.a.: Kapitel 3, S. 213 - 288 Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 36