1 Einführung in die Informationstechnik

2
Überblick
Grundlagen Datenkommunikation
 Datenübertragung analog, digital

Einführung in die Informationstechnik
 ISDN, DSL
Netzarten und ‐topologien
 Protokolle
 Internet
 Dienste im Internet
 IP‐Adressen, DNS

VIII – Internet, Grundlagen und Dienste
3
4
Allgemeines
seit Windows 3.11 – Netzwerkunterstützung
Linux von Beginn an netzwerkfähig
 heute jeder Rechner vernetzt
 ausserdem


 PDAs mit WLAN
 Handys mit Bluetooth & WLAN
 Drucker, HiFi Anlage, intelligentes Wohnen
6
Prinzip der Datenkommunikation
Übertragungskanäle

DEE
DÜE
DÜE
DEE

Übertragungskanal
•analog/digital
•drahtgebunden/drahtlos, optisch
Standardschnittstelle
•seriell
•parallel
•USB
•Rechnerbussystem
•drahtlos (Bluetooth)
DEE
DÜE
analog, drahtgebunden


klassisches Telefonnetz (POTS), Wählleitung
analoge Standleitungen (veraltet)
digital drahtgebunden
digital, drahtgebunden
ISDN, Wählleitung
DSL
 digitale Standleitungen


Datenendeinrichtung (Rechner)
Datenübertragungseinrichtung (Modem,
Netzwerkkarte)
1
7
Datenübertragung Telefon – analog




Datenübertragung Telefon – digital
bisher (ohne ISDN) analoge Übertragung
zur Datenübertragung: „aufprägen“ von Daten auf analoge Signale – modulieren
Empfänger demoduliert Signal
Modem = Modulator/Demodulator
/
öffentliches
Telefonnetz
Modem
8
ISDN – Integrated Services Digital Network
 ermöglicht schnelleren Verbindungsaufbau
 zwei Nutzkanäle von je 64KBit/s
 zwei Gespräche gleichzeitig möglich
 durchgehende digitale Verbindung
 keine Vertonung der Daten wie bei Modem

Modem
9
ISDN
10
Datenübertragung Telefon – digital
Terminator
NTBA


S0 Bus


DSL – Digital Subscriber Line
hohe Datenübertragung über Telefonleitung
entwickelt Ende der 1980er Jahre
ADSL: Asynchrones Verfahren
ADSL: Asynchrones Verfahren
 Downstream: „klassisch“ 768KBit/s
 Upstream: 128KBit/s
Computer
mit ISDN‐Karte (ISDN Modem)
öffentliches
Telefonnetz
Telefonnetz
 Bis 16Bit/s Downstream

VDSL: Very High Speed Digital Subscriber Line
 bis 50MBit/s (200MBit/s technisch möglich) Downstream
NTBA=Network Termination Basic Access
 Erlaubt parallele Übertragung von: Internet, Telefon, TV
12
DSL mit ISDN
Netzarten mit Kabel
NTBA
S0 Bus

LAN: Local Area Network


Computer
mit ISDN‐ und
Netzwerkkarte
Ethernet

MAN: Metropolitan Area Network

WAN: Wide Area Network

DSL
DSL‐
Modem/
Router


öffentliches
Telefonnetz
Telefonnetz
Splitter
(NTBBA)
räumlich begrenzter Bereich (wenige km)
1...1000MBit/s

Stadt oder größere Firma, 100MBit/s ... 1GBit/s
innerhalb eines Landes, Wissenschaftsnetz
2.5 ... 10GBit/s
GAN: Global Area Network

weltweite Vernetzung, logische Zusammenfassung von LANs, MANs und WANs
OVSt
NTBBA= Network Termination Broad Band Access
2
13
Netzarten – Drahtlos
14
Netztopologien – LAN

WLAN: Wireless Local Area Network

Bluetooth: Funkverbindung von Geräten zum Datenaustausch – PAN: Personal Area Network
 drahtloses LAN, 2.4 ... 52MBit/s
Bus
von Dänemark, lebte 940‐985
 1MBit/s

weitere Möglichkeit: Infrarot
Stern
Backbone
Ring
Ri
 Name erinnert an Harald Blåtand, genannt Blauzahn, König 16
Netzwerktechnologie Ethernet






17
Skizze zum Ethernet
(Robert Metcalfe 1976)
Anfang der 70er Jahre entwickelt
Urheber: Robert Metcalfe
Ether steht für Äther
traditionell nur innerhalb eines Gebäudes
heute auch weiter entfernte Geräte
paketorientierte Datenübertragung
BNC
RJ 48
18
19
Datenpaket
Protokolle
Im Netz versandte Dateneinheit
 Enthält neben den zu übermittelnden Informationen




dessen Absender und Empfänger
d T d P k ( B V bi d
den Typ des Pakets (z. B. Verbindungsaufbau, Verbindungsabbau oder reine fb V bi d
bb
d
i
Nutzdaten)
 die Paketlänge
 eine Prüfsumme


 Verwaltungsinformationen
Unterschiedliche Datenpakete einer Übertragung wählen unterschiedliche Wege
physikalische Verbindung
Vereinbarung über Art und Abfolge des Datenaustausches
 Kommunikationsprotokoll
 beschreibt Aufbau eines Datenpaketes
 Adressdaten
d
d

für Kommunikation notwendig:

regelt unter anderem:




elektrischen Signale während Kommunikation
Reihenfolge in der Partner kommunizieren
Sprache die sie sprechen
Beispiele: TCP, IP, HTTP, FTP, SMTP, IMAP, POP3, 3
20
21
Protokoll – Beispiel
Protokolle – Beispiel
Ablauf eines handvermittelten Ferngesprächs (ab 1877)
Rechnerkommunikation

1.
2.

3
3.

3.
4.


Teilnehmer teilt Amt Verbindungswunsch durch Betätigen des Kurbelinduktors mit
Amt: Hier Amt, was beliebt?
Teilnehmer: wünsche mit Nummer 44 zu sprechen
Wenn der gewünschte Teilnehmer frei war, hieß es:
Amt: bitte rufen und die Vermittlungskraft stellte mittels
Amt: bitte rufen und die Vermittlungskraft stellte mittels eines Schnurpaares die Verbindung zum B‐Teilnehmer her
andernfalls:
Amt: schon besetzt, werde melden wenn frei
Teilnehmer: Verstanden
Das Gesprächsende teilte der Anrufende der Vermittlungs‐
kraft durch erneutes Betätigen des Kurbelinduktors mit. Vermittlungskraft trennte die Verbindung und brachte die Klappe per Hand wieder in die Ausgangslage.

Verbindungsaufbau zwischen Rechnern:
Computer 1 schickt Paket mit Verbindungswunsch
Computer 2 schickt Paket mit Verbindungsbestätigung
3. Computer 1 bestätigt Computer 2, dass er verstanden hat, dass Computer 2 bereit ist
 Handshake
1.
2.

oft ist Kommunikation Zusammenspiel verschiedener Protokolle
Quellen: http://de.wikipedia.org/wiki/Klappenschrank
http://www.devcon3.de/vermittlungstechnik.htm
22
Netze von Netzen



Verbindungsrechner ‐ Beispiele
Nicht immer können alle Teilnehmer in einem Netz vereint werden

23
zu viele Benutzer
starke räumliche Trennung der Benutzer

Gateway: Rechner der Verbindung zum Internet herstellt

Router:
 Auch oft als Router bezeichnet
Verknüpfung mehrerer Netze erfolgt durch Verbindungsrechner (VR)
 Verbinden Teilnetze des Internets
 Bestimmt nächsten Rechner, zu dem VR
Datenpaket gesendet wird
 Dienen der Paketvermittlung für IP‐Protokoll
 komplexe Funktionalität zum optimalen versenden von 
Internet
Paketen

VR

Zustand der Routen
Kosten (Zeitdauer) für den Versand
24
Internet

Ende der 1960er Jahre entstand erstes „richtiges“ Netz

verbunden wurden vier Standorte




damals noch als ARPA‐Net bezeichnet
25
Protokolle im Internet


Zentren militärischer Forschung
UCLA, SRI, UCSB, University of Utah in Salt Lake City
zwei wichtige Dienste:
zwei wichtige Dienste:
TelNET – Arbeit auf und Steuerung von entfernt liegenden Rechnern
 FTP – Datentransfer zwischen entfernten Rechnern
 TCP: Transmission Control Protocol


Schub durch Entwicklung von




TCP – Transmission Control Protocol
IP – Internet Protocol
ARPA‐Net weiterhin militärisch
Schaffung des universitären CSNet
Internet – Netz von Netzen
Basis für die Übertragung bilden Protokolle (Beschreibungen über Format und Ablauf des )
Datenaustausches auf verschiedenen Ebenen):
 IP: Internet Protocol


TCP sorgt für das Verpacken der Daten in Datenpakete
IP ist für den Versand zuständig
4
26
27
IP – Adressen




Jeder Rechner im Internet braucht eine Adresse
Paketvermittlung erfolgt nur über Adressen
IP‐Adresse ist 32 Bit lang = 4Byte, daher maximal 232
(4.294.967.296) Rechner adressierbar
Zur besseren Lesbarkeit dargestellt als: d1.d2.d3.d4





 Möglichkeit
ein Netz in
„Unter“-Netze zu teilen
 Ähnlich einer Vorwahl
Dezimalwerte der 4 verwendeten Bytes
Beispiel: 141.44.27.70

Vorteil:
 Teilnetze
können
bestimmten
Institutionsteilen
zugeordnet werden
 Vereinfacht die Suche
nach IP-Adressen
Mögliche Abfrage ob ein Rechner im Netz verfügbar ist: ping <ip_adresse> oder <hostname>
neues Adressformat IPv6 eingeführt, besteht aus 6 Bytes



Subnetzmaske:
2128 Rechner adressierbar = 340 Sextillionen Adressen
genau: 340.282.366.920.938.463.463.374.607.431.768.211.456
5×1028 für jeden der 6.5 Mrd. auf der Erde lebenden Menschen
28
Vergabe von IP‐Adressen


Spezielle IP‐Adressen
statisch oder dynamisch
statisch IANA/ICANN

127.0.0.0 – lokaler Rechner (loopback)

private (nicht öffentliche) IP‐Adressen:
 127.0.0.1 – localhost
 Deutschland: DENIC: www.denic.de

29
 10.0.0.0–10.255.255.255
dynamisch durch Serverdienst: DHCP
 dynamic host configuration
 172.16.0.0–172.31.255.255
protocol
 192.168.0.0–192.168.255.255
IANA - Internet Assigned Numbers Authority
ICANN - Internet Corporation for Assigned
Names and Numbers
ARIN
RIPE - Réseaux IP Européens
DENIC - Deutsches Network Information
Center
IANA
RIPE
APNIC LACNIC AfriNIC
DENIC
siehe auch: ping
30
31
Domainnamen
Domainnamen
Anfangszeit des Internet: Adressierung nur über IP‐Adressen
 Alternativ: verteilte Datenbank zur Verwaltung von Namen im Internet
Verwaltung von Namen im Internet
 Idee: Jedes Teilnetz verwaltet einen Bereich von Namen und hat selbst Bereichsnamen (domain name)


Domainnamen bestehen aus mindesetns zwei Komponenten:
domain.ToplevelDomain, Beispiel: ovgu.de
subdomain.domain.ToplevelDomain, Beispiel: fgse.ovgu.de

TToplevelDomain: bezeichnet geographischen oder l lD
i b i h t
hi h
d
organisatorischen Bereich

Zweite Komponente: Domain

vollständig: uni‐magdeburg.de
 Beispiel: de … Deutschland, edu … education
 Beispiel: uni‐magdeburg
5
32
33
Toplevel Domains
Dienste im Internet
Geographische: de, it, fr, cz, pl, eu
 Organisatorische: edu, biz, mil, gov, org, info, name
 Teilweise werden freiwillige Kategorien eingefügt







 Beispiel: ac.uk, co.uk

Verschiedene Protokolle für verschiedene Aufgaben bzw. zur Realisierung verschiedener Dienste
Internet stellt nur Kommunikationsinfrastruktur zur Verfügung
Beispieldienste:
p


Vergabe in Deutschland über DENIC

Email
WWW
Dateitransfer
Benutzung entfernter Rechner
DNS
ICQ
siehe auch: nslookup
34
DNS




35
E‐Mail
Domain Name System
verteilte Datenbank die den Namensraum der Adressen im Internet verwaltet
Umsetzung von Domainnamen in IP‐Adressen (forward lookup) und umgekehrt (reverse lookup)
V t il
Vorteile: 

zum Versand elektronischer Post
verwendete Protokolle:
SMTP – Simple Mail Transfer Protocol
POP 3 – Post Office Protocol Version 3
 IMAP –
IMAP Internet Message Access Protocol
Internet Message Access Protocol


dezentrale Verwaltung hierarchische Strukturierung des Namensraums in Baumform  Eindeutigkeit der Namen  Erweiterbarkeit 



Anwendungen: eMail‐Clients
Anteil am globalen Daten‐
verkehr: ca. 7%
Quelle. Wikipedia
36
POP3 vs. IMAP
Message Transfer System (MTS)
E-Mail
Client
Port 25
(SMTP)
SMTP
Server
POP3/
IMAP
Server
Port 110
(POP3)
Port 143
(IMAP)




37
E-Mail
Client

 Keine ständige Verbindung zum Mailserver
 erlaubt nur das Auflisten, Abholen und Löschen von E‐
E-Mail
Client
SMTP (Simple Mail Transfer Protocol): Zuverlässiger Nachrichtentransfer
Suche nach Ziel‐SMTP‐Server über DNS (Domain Name System)
Weiterleitung
dann lokale Auslieferung an POP3/IMAP‐Server
POP3:
Mails am E‐Mail‐Server  Keine Verwaltungsmöglichkeiten auf dem Server
 Emails werden heruntergeladen und vom Anwendungsprogramm verwaltet

IMAP:
 Emails bleiben auf dem Server
 Gesamte Verwaltung erfolgt auf dem Server
 Vorteil: Mehrere Zugänge von unterschiedlichen Rechnern
6
38
Ports


39
Zusammenfassung
Adresskomponenten, in Netzwerkprotokollen eingesetzt, um Datenpakete den richtigen Diensten zuzuordnen
bei TCP: Portnummer 16Bit: 65535 Werte
Internet, Netz von Netzen
 Adressierung über IP‐Adressen, Domain Namen
 Übertragung geregelt über Protokolle
Ü

 0...49151 registrierte Ports (IANA), darüber frei
g
(
),
 Beispiel HTTP‐Port: 80
 TCP, IP, HTTP, FTP, SMTP, DHCP
80
HTTP
143
IMAP
5190
ICQ

20
FTP

40
paketorientierter Datentransfer über Router
verschiedene Dienste: Email, WWW, DNS
41
The Web around Wikipedia (18.06.2004)
7