4-11-11, Vorlesung Multimediale Werkzeuge

4-11-11, Vorlesung Multimediale Werkzeuge, Übertragungstechnik
Thema: Digitale Übertragungstechnik in Netzen.
Grundlagen der Kommunikation im Internet,
Grundlagen des www. Protokolle, Browser
Noch etwas Geschichte:
(z.B.: http://en.wikipedia.org/wiki/Arpanet
http://en.wikipedia.org/wiki/TCP/IP)
ARPANET (Advanced Research Projects Agency Network)
-Erstes sog. Packet-switched (Paket vermitteltes) Netzwerk
-Daten werden in "Pakete" aufgeteilt, und
erhalten u.a. eine Zieladresse im "Header"
- Vorher: Circuit switching, also feste Verbindungen
(meist Telefonleitungen und Modem),
Problem: Kommunikation zwischen mehreren
Computern ist schwierig.
-Erste Ideen, formuliert von J. E.R. Licklider
von BBN: August 1962, Paper über
"Galactic Network" Konzept
(BBN: Firma in Cambridge, Mass., Abkürzung von Bolt, Beranek,
Newman, die Gründer, machten digitale Datenübertragung,
später auch Pioniere der Sprachcodierung)
-Erste ARPANET links: ab 1969:
-University of California, LA,
-Stanford Research Institute,
-UC Santa Barbara,
-University of Utah
-Erste Email von Queen Elizabeth II:
26. März 1976
-National Science Foundation (USA):
Vernetzung von Super Computern und
Rechnern der Informatik Fakultäten (CSnet),
wurde mit dem ARPANET verbunden,
ca. in 1984, in der Zeit Aufkommen
des Begriffes Internet.
Kennzeichnend für das Internet:
Die sog. "Internet Protocol Suite",
enthält u.a. TCP/IP
-Entstand aus Arbeiten von DARPA
in den frühen 70 ern.
-1973 Vinton Cerf, Entwickler des
ARPANET Network Control Programs,
hat mit Kahn ein offenes Protokoll
entwickelt.
-Wichtige Eigenschaft: Unterschiede zwischen
verschiedenen Netzwerken wurden hinter
diesem Protokoll "versteckt".
-Resultat war das TCP/IP Protokoll
-Dadurch wurde es mögliche die verschiedenartigsten Netzwerke zu
verbinden.
-Kam 1975 zur Anwendung, erstmals zwischen Stanford University und
University College London.
-1983 wurde es generell im ARPANET eingeführt.
- Weiteres Datennetz mit Signifikanz für das Internet: Das
ALOHANet.
-Norman Abrahameson, war Professor an der Stanford University und
leidenschaftlicher Surfer. Ging deswegen nach Hawaii, und arbeitet
dort an Funk-basierter digitaler Kommunikation.
- Funk-basiert um die Datenkommunikation zwischen den Inseln
sicher zu stellen.
- Kommunikation zwischen verschieden Daten-Stationen:
Ursprünglich "Circuit Switched", wie beim Telefon, also:
Dedizierte Verbindungen für jeden Teilnehmer.
Über Funk: Jeder hat seine eigene Frequenz.
Problem: Je mehr Teilnehmer, desto mehr
Bandbreite wird benötigt, desto teurer werden Sender/Empfänger.
Problem auch: Verfügbarkeit von Frequenzen.
Genannt: Frequency-Division Multiple Access (FDMA)
- Andere Möglichkeit, für günstigere Sender/Empfänger:
Jede Station kriegt ihren eigenen Time-Slot
(Time-Division Multiple Access, TDMA).
-Problem: Mögliche Datenrate sinkt mit der Anzahl der Teilnehmer,
selbst wenn sie nicht senden.
-Ansatz vom ALOHA Net:
Ähnlich wie TDMA, aber nicht mit festen Time-Slots, sondern flexibel.
Das erste ALOHAnet Protokoll:
- Wenn Daten vorhanden, sende Daten
- Wenn es Kollision mit anderen Daten gab, wiederhole später (nach
zufälligem Zeitintervall).
Beachte: sehr simples Protokoll, funktioniert aber tatsächlich.
Wurde später (im Ethernet Protokoll) ergänzt um CSMA/CD
(Carrier Sense Multiple Access/ Collision Detection)
-Grundlage für das Ethernet (LAN: Local Area Network, lokale
Vernetzung von Rechnern) und WLAN
-Maximaler Durchsatz (statistische Berechnungen): ca. 18-35% der
maximal mögliche Datenrate.
-Dieses prinzipielle Problem besteht heute noch z.B. im WLAN: Bei
mehrern WLAN Stationen erziehlbare Datenrate bei 802.11b ist etwa
2-4 Mb/s, obwohl das Maximum bei 11 Mb/s liegt.
-Jahreszahlen:
Arbeit an Alohanet startete 1970,
1972 wurde ALOHAnet mit dem ARPANET auf dem Festland
verbunden.
-> Frühe Vernetzung von Netzen
-ALOHAnet zeigt auch einfache Begründung für Aufteilung der Daten in
(zeitlich) begrenzte Pakete:
Dadurch wird es möglich, dass andere Stationen nach Ende des
Paketes Zugriff auf das Übertragungsmedium bekommen.
(Andernfalls gäbe es u.U. sehr Lange Wartezeiten).
OSI-Model
Bisher erwähnt:
-TCP/IP (Transfer Control Protocol/ Internet Protocol)
- Ethernet
In welchem Verhältnis stehen sie zueinander?
OSI (Open Systems Interconnection) Reference Model, Aufteilung in
Layer:
7 Application Layer: Beispiele: FTP, HTTP, POP3, Telnet
6 Presentation Layer, Syntax Layer
5 Session Layer
4 Transport Layer. Bsp.: TCP, UDP
3 Network Layer: IP (IPv4, IPv6)
2 Data Link Layer: Ethernet, WLAN
1 Physical Layer: 10 BASE-T, 1000 BASE-T (Datenverbindung)
(http://en.wikipedia.org/wiki/OSI_model)
Funktion von TCP (Transport Layer, Layer 4):
-Teilt Datenstrom in Pakete auf, mit einer vorbestimmten
Maximalgröße, übergibt die Daten dem IP (Internet Protocol),
-überprüft ob Pakete verloren gehen und dass die Reihenfolge stimmt,
durch Vergabe einer Sequenz-Nummer,
-prüft ob Daten ok sind durch Übertragung einer Check-Summe.
-TCP auf Empfänger-Seite gibt Bestätigung (Acknowledgement) wenn
Paket erfolgreich empfangen wurde.
-TCP wiederholt Paket, wenn Ack. nicht innerhalb
einer Time-out Zeit empfangen wurde.
Alternativen zu TCP:
-UDP (User Datagram Protocol)
für Anwendungen wie Streaming Audio und Video.
Überlässt der Anwendung viele der Funktionen von TCP.
-ATM ( Asynchronous Transfer Mode)
Timing basiertes Protokoll, geeignet für schnelle Übertragung von realtime Daten (Telefon-Verkehr...)
Transport Layer (Layer 4)
Network Layer (Layer 3):
-IP (Internet Protokoll)
Funktion: Adressierung von Datenstationen/Computern.
(http://www.netplanet.org/adressierung)
Am weitesten verbereitet:
IPv4, nutzt 32 bit Adressen (ca. 4 Milliarden Adressen)
IPv6, (next. gen. Internet), hat 128 bit Adressen
Erweiterung der Adressfelder nötig wegen exponentieller Zunahme
der Datengeräte im Internet.
Versionen 0-3: nicht benutzt oder reserviert
5: experimentell.
- Adressierung eines Datengerätes in IPv4 mit 32 bit, also 4 bytes oder
octets,
-> Anzahl möglicher Adressen: 2^32-1=4.294.967.296
- Darstellung als 4 byte mit punktiert-dezimaler Schreibweise.
- Beispiel:
Host id
Netzwerk
identification (id)
Anzahl der bits für
Netzwerk Identifikation ist variabel
(Aus http://www.netplanet.org/adressierung/ip.shtml)
Beispiel: TU-Ilmenau Netz: 141.24.xxx
Massachusetts Institute of Technology (MIT) Netz: 18.xxx
-Vergabe von IP Adressen:
-Globale und oberste Instanz: IANA (Internet Assigned Numbers Authority)
-IANA delegiert IP Adressen zu Regional Internet Registries (RIRs)
* American Registry for Internet Numbers (ARIN) [1] für Nord-Amerika
* Réseaux IP Européens Network Coordination Centre (RIPE NCC) [2]
für Europa, den Mittleren Osten und Zentral-Asien
* Asia-Pacific Network Information Centre (APNIC) [3] für Asien und die
Pazifische Region
* Latin American and Caribbean Internet Address Registry (LACNIC) [4]
für Latain Amerika und die Karibik
* African Network Information Centre (AfriNIC) [5] für Afrika
(aus: http://en.wikipedia.org/wiki/Internet_Assigned_Numbers_Authority)
-Bisher: Datengerät wird durch Zahlen bezeichnet.
-Problem: Schlecht für Menschen zu merken
-Lösung: Das Domain Name System, Verwendung von Domain
Namen, also leichter zu merkende Namen für Datenendgeräte und
Netze.
Das Domain Name System (DNS):
-Speichert Informationen verbunden mit Domain Namen
-Übersetzt Domain Namen nach IP Adressen.
-Füher: Datei HOSTS.TXT im lokalen Rechner.
Problem: Bei Änderungen müssen die Dateien in allen Rechnern
geändert werden. (Ist immer noch als Ergänzung in
Computersystemen. In Linux oder Unix unter /etc , in Windows unter
\WINDOWS\system32\drivers\etc\)
-Jetzt, neuer Ansatz: Basiert auf Servern an zentralen Stellen im
Internet (1983 erfunden von Paul Mockapetris)
(http://en.wikipedia.org/wiki/Domain_name_system)
Das World Wide Web, Multimedia im Internet
- Vorläufer: "Gopher, 1991, Univ. of Minnesota, für
remote Terminals (VT 100). Eingabetastatur, nicht Maus.
- Problem: Kein so einfaches User Interface
- Pionier: Tim Berners-Lee, Physiker am Kernfoschungszentrum CERN
(Schweiz),
- Ziel: Vernetzung von Informationen, Unterlagen, Papers, Dokumente.
- Anfangs begrenzte Unterstuetzung,
- Erstellte Prototyp mit Hilfe von Studenten,
- Erster Prototyp 1990 auf einem NeXT Computer.
- Er entwickelte HTML (Hypertext Markup Language), HTTP, Libs für
Browser-Entwicklung, ...
- Gründete das World Wide Web Consortium (W3C) am Massachusetts
Institute of Technology Laboratory for Computer Science (MIT/LCS), mit
Beteiligung vom französichen Institut national de recherche en informatique
et en automatique (INRIA).
(http://www.netplanet.org/geschichte/worldwideweb.shtml)
Browser
Durch die Definition von HTML und Herausgabe von Libraries zur BrowserEntwicklung entstanden eine Reihe von Browsern:
- Mosaic: 1993 am National Center for Supercomputing Applications
(NCSA) der Universität Illinois in den USA,
- Netscape Navigator (1994): von Netscape, Gründung Marc Andreesen
von Mosaic und Jim Clark von Silicon Graphics, in Mountain
View/Kalifornien. Netscape brachte auch Erweiterungen des HTML
Protokols. Starkes Wachstum von Netscape.
- Internet Explorer (1995, Microsoft), auch wegen Erfolg von Netscape
- Mozilla: 1998: Freigabe des Codes von Netscape, darauf Gründung der
Mozilla Foundation
- Firefox, 2004, von Mozilla Foundation
- Opera, seit ca. 1995. Auch für spezielle Anwendungen z.B. wie für
Handys
(http://www.netplanet.org/www/browser.shtml, wikipedia)
HTTP (Hypertext Transfer Protocol):
-HTTP ist ein request/response Protokol zwischen Clients und
Servern.
-Ein HTTP Client initiert eine Anfrage durch das Herstellen einer
Verbindung über Control Protocol (TCP) zu einem bestimmten
Port des Remote Host (Port 80 ist default).
-HTTP benennt benötigte Resourcen mittels des Uniform
Resource Identifiers (URIs) (bzw. URLs, Uniform Resource
Locator) mittels http: oder https: URI Festlegungen.
-HTTP hat sich in mehrere, meist rückwärtskompatible Versionen
entwickelt.
-HTTP/1.1 ist die aktuelle Version;
(http://en.wikipedia.org/wiki/HTTP)
-HTML - Hypertext Markup Language. Originally designed based on SGML
-HyperText Markup Language (HTML) is a predominant markup language
for the creation of web pages.
Standardized by W3C (WWW Consortium)
Newer develpoments:
-XHTML (Extensible HyperText Markup Language) is a markup language
that has the same expressive possibilities as HTML, but a stricter syntax.
-XML (Extensible Markup Language) is a W3C-recommended generalpurpose markup language for creating special-purpose markup languages,
capable of describing many different kinds of data. Derived from SGML.
Simplified subset of Standard Generalized Markup Language (SGML).
Primary purpose: facilitate the sharing of data across different systems.
(http://www.netplanet.org/www/ml.shtml)
-SGML (Standard Generalized Markup Language):
-SGML is a descendant of IBM's Generalized Markup Language (GML),
developed in the 1960s by Charles Goldfarb, Edward Mosher and
Raymond Lorie (whose surname initials also happen to be GML).
-SGML was originally designed to enable the sharing of machine-readable
documents in large projects in government, legal and the aerospace
industry, which have to remain readable for several decades - a very long
time in information technology.
SGML basiert auf ASCII Textformat.
ASCII: früh Standardisiert, für Programmiersprachen verwendet.
Langzeit-stabil!
-SGML is an ISO standard: "ISO 8879:1986 Information processing - Text
and office systems - Standard Generalized Markup Language (SGML)".
-Primarily intended for text and database publishing, one of its first major
applications was the second edition of the Oxford English Dictionary, which
was and is wholly marked up in SGML.
(http://en.wikipedia.org/wiki/SGML)
Verwandtschaft zu LaTeX, Textverarbeitungssystem
für wissenschaftliche Dokumente.
Erhältlich für Linux, Unix (Teil des Betriebssystems), Windows
Beispiel:
\begin{document}
Dies ist text
\[Formel =\frac{a}{b}\]
\end (document}
Dies ist text
Formel =
SGML syntax example:
<QUOTE TYPE="example">
typically something like <ITALICS>this</ITALICS>
</QUOTE>
Empfehlung: wissenschaftliche Arbeiten in Latex
schreiben ( Medienprojekt, Studienarbeit,
Diplomarbeit).
-> Mehr Stabilität, ist auch in Jahren noch
zu Lesen.