Computernetze
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Computernetze Sommersemester 2005 Prof. Dr. Thomas Wieland Organisatorisches z Ablauf z z z 2 h Vorlesung pro Woche 2 h Übung (Besprechung der Übungsaufgaben) Evtl. 4 h Praktikum statt Übung z z z In zwei Gruppen, jeweils 14-tägig Jede Woche ein Übungsblatt Bewertung z Jede(r) muss zwei Übungsaufgaben vorrechnen/vorstellen, um zur Klausur zugelassen zu werden z z Auswahl auf Freiwilligenbasis, sofern Meldungen Abschließende Note durch Klausur Datennetze/Computernetze und Internet, Sommerrsemester 2005 © Landes/Wieland, FH Coburg, FB Elektrotechnik / Informatik. Alle Rechte vorbehalten. 2 1 Literatur zur Vorlesung z L. Peterson, B. Davie: Computernetze. dpunkt.verlag, Heidelberg, 2004 z z z z www.dpunkt.de/lehrbuch/netze J. Kurose, K. Ross: Computernetze. Pearson Education, 2002 z www.pearson-studium.de z Seite zur Veranstaltung: A. Tanenbaum: ComputerNetzwerke. 3. Aufl., Pearson Education, 1999 Viele, viele Internet-Sites http://www.fhcoburg.de/4383.2.html Datennetze/Computernetze und Internet, Sommerrsemester 2005 © Landes/Wieland, FH Coburg, FB Elektrotechnik / Informatik. Alle Rechte vorbehalten. 3 Einführung 2 Verteilte Systeme als neues Paradigma z bis Mitte der achtziger Jahre zentralisierte Systeme z z ein Hauptrechner Vielzahl einfacher ASCII-Terminals (einfarbig) Datennetze/Computernetze und Internet, Sommerrsemester 2005 © Landes/Wieland, FH Coburg, FB Elektrotechnik / Informatik. Alle Rechte vorbehalten. http://www.columbia.edu/acis/history/carman.jpg 5 Intelligente Rechner z z Jeder Benutzer hat selbstständigen Rechner mit eigener Intelligenz (CPU) Geeignete Verbindung dieser Rechner ermöglicht z gemeinsame Nutzung von Ressourcen z z z z z z Daten Geräte Programme Erhöhung der Verfügbarkeit Informationsaustausch zwischen Rechnerbenutzern besseres Preis/Leistungsverhältnis z Vergleich Großrechner / (leistungsfähiger) Mikroprozessor: Leistung: 10 zu1 Preis: 1000 zu 1 Datennetze/Computernetze und Internet, Sommerrsemester 2005 © Landes/Wieland, FH Coburg, FB Elektrotechnik / Informatik. Alle Rechte vorbehalten. 6 3 Verteilte Systeme z Grundlegende Voraussetzungen: z z z kostengünstige und leistungsfähige Prozessoren (-> PCs) schnelle Kommunikation über Hochleistungsnetze Verteilte Systeme z z Ansammlung unabhängiger Rechner, die dem Benutzer als Einzelcomputer erscheinen (nach Tanenbaum) System, das nicht funktioniert, weil irgendein Rechner ausgefallen ist, von dem man bisher keine Ahnung hatte, dass es ihn gibt und wofür er gebraucht wird (nach Lamport) Datennetze/Computernetze und Internet, Sommerrsemester 2005 © Landes/Wieland, FH Coburg, FB Elektrotechnik / Informatik. Alle Rechte vorbehalten. 7 Wachstum des Internet Datennetze/Computernetze und Internet, Sommerrsemester 2005 © Landes/Wieland, FH Coburg, FB Elektrotechnik / Informatik. Alle Rechte vorbehalten. http://www.navigators.com/statall.gif 8 4 Kommerzialisierung des Internet http://www.navigators.com/statdom.gif Datennetze/Computernetze und Internet, Sommerrsemester 2005 © Landes/Wieland, FH Coburg, FB Elektrotechnik / Informatik. Alle Rechte vorbehalten. 9 Die Informationsgesellschaft Arbeitsplätze in der IuK-Branche in Deutschland 900000 800000 700000 600000 500000 400000 300000 200000 100000 0 1998 1999 2000 2001 2004 2005 (geschätzt) Quelle: http://www.bmwi.de/Homepage/download/infogesellschaft/Fortschrittsbericht.pdf Datennetze/Computernetze und Internet, Sommerrsemester 2005 © Landes/Wieland, FH Coburg, FB Elektrotechnik / Informatik. Alle Rechte vorbehalten. 10 5 Die Informationsgesellschaft (2) DSL-Anschlüsse je 1000 Einwohner im Jahr 2001 25 20 15 10 5 0 GB JPN I E F FIN A USA DK B D S Quelle: http://www.bmwi.de/Homepage/download/infogesellschaft/Fortschrittsbericht.pdf Datennetze/Computernetze und Internet, Sommerrsemester 2005 © Landes/Wieland, FH Coburg, FB Elektrotechnik / Informatik. Alle Rechte vorbehalten. 11 Die Informationsgesellschaft (3) DSL-Anschlüsse in Deutschland 7.000.000 6.000.000 5.000.000 4.000.000 3.000.000 2.000.000 1.000.000 0 2000 2001 DTAG 2002 2003 2004 Wettbewerber Datennetze/Computernetze und Internet, Sommerrsemester 2005 © Landes/Wieland, FH Coburg, FB Elektrotechnik / Informatik. Alle Rechte vorbehalten. 12 Quelle: RegTP 6 Die Informationsgesellschaft (4) Internet-Nutzer ab 14 Jahren in Millionen in Deutschland 1998-2004 40 35 30 25 20 15 10 5 0 Dez 98 Jun 99 Dez 99 Jun 00 Dez 00 Jun 01 Dez 01 Dez 03 Dez 05 Quelle: BMWA, ARD Datennetze/Computernetze und Internet, Sommerrsemester 2005 © Landes/Wieland, FH Coburg, FB Elektrotechnik / Informatik. Alle Rechte vorbehalten. 13 Begriffsdefinitionen Verteiltes VerteiltesSystem System Rechnernetz, Rechnernetz,das dasdem demBenutzer Benutzerwie wieein ein Einzelrechner erscheint Einzelrechner erscheint Rechnernetz Rechnernetz Verbund Verbundvoneinander voneinanderunabhängiger, unabhängiger, geographisch geographischverteilter verteilterRechner Rechner Datennetz Datennetz Verbindung Verbindungmehrerer mehrerervoneinander voneinanderunabhängiger unabhängiger Datenstationen (→ DIN Datenstationen (→ DIN44302) 44302) Datennetze/Computernetze und Internet, Sommerrsemester 2005 © Landes/Wieland, FH Coburg, FB Elektrotechnik / Informatik. Alle Rechte vorbehalten. 14 7 Fragestellungen Wie Wielässt lässtsich sichdie die Kommunikation Kommunikationzwischen zwischen Rechnersystemen Rechnersystemenkonkonzeptuell zeptuellbeschreiben? beschreiben? Welche WelcheAufgaben Aufgabenmüssen müssen dabei bewältigt dabei bewältigtwerden? werden? Welche WelcheLösungen Lösungen gibt‘s gibt‘sdafür? dafür? Protokolle Protokollespielen spielen zentrale zentraleRolle Rolle Datennetze/Computernetze und Internet, Sommerrsemester 2005 © Landes/Wieland, FH Coburg, FB Elektrotechnik / Informatik. Alle Rechte vorbehalten. 15 Protokoll z Kommunikationsregeln zwischen System(komponent)en z z ⇒ z Definition der ausgetauschten Nachrichten z z z Systeme im Wesentlichen gleichberechtigt gleiche bzw. spiegelbildliche Aufgabe horizontale Beziehung syntaktischer Aufbau Bedeutung Festlegung der Realisierung der Operationen, die zur Abwicklung der Kommunikation erforderlich sind Kapselung Kapselung,,d.h. d.h.interne interneRealisierung Realisierungtransparent transparentfür fürNutzer Nutzer der derOperationen Operationen(damit (damitbessere bessereÄnderbarkeit) Änderbarkeit) Datennetze/Computernetze und Internet, Sommerrsemester 2005 © Landes/Wieland, FH Coburg, FB Elektrotechnik / Informatik. Alle Rechte vorbehalten. 16 8 Weitere Definitionen z Protokollstapel (protocol stack) z Dienst (service) z Aufbau komplexer Protokolle aus Schichten „einfacherer“ Protokolle Funktionen, die Protokollschicht i-1 für unmittelbar übergeordnete Schicht i anbietet Dienstzugriffspunkt (SAP, service access point) Schnittstelle, über die Schicht i Dienste der unmittelbar untergeordneten Schicht i-1 anfordern kann z eindeutig über ID ansprechbar z Analogien: z z Telefonsystem: Vorwahl+Rufnummer bildet ID für „SAP“ Anschlussdose Post: Ort+Straße+Hausnummer bildet ID für „SAP“ Haus Datennetze/Computernetze und Internet, Sommerrsemester 2005 © Landes/Wieland, FH Coburg, FB Elektrotechnik / Informatik. Alle Rechte vorbehalten. 17 Vorlesungsinhalte (1) 1. Grundlagen z z z Netztopologien Anforderungen an ein Netz ISO/OSI-Referenzmodell für offene Systeme z Architektur Aufgaben und Dienste der Schichten ISO/OSI und TCP/IP Bandbreite und Performance 2. Anwendungsschicht z z z Internet-Anwendungen Protokolle der Anwendungsschicht SOAP als Beispiel für ein RPC-Protokoll Datennetze/Computernetze und Internet, Sommerrsemester 2005 © Landes/Wieland, FH Coburg, FB Elektrotechnik / Informatik. Alle Rechte vorbehalten. 18 9 Vorlesungsinhalte (2) 3. Transportschicht z z z z z Struktur von TCP/IP Einfache IP-Protokolle Sender/Empfänger-Koordination Transmission Control Protocol (TCP) Überlastkontrolle 4. Vermittlungsschicht und Routing z z z z z z Dienstmodelle im Netz Routing-Verfahren Hierarchisches Routing und Subnetzbildung Das Internet-Protokoll IP Adressierung im Internet IP-Protokoll Version 6 Datennetze/Computernetze und Internet, Sommerrsemester 2005 © Landes/Wieland, FH Coburg, FB Elektrotechnik / Informatik. Alle Rechte vorbehalten. 19 Vorlesungsinhalte (3) 5. Sicherungsschicht z z z z z z z Rahmenbildung Fehlererkennung und Fehlerkorrektur Lokale Netze Ethernet Verbindungselemente LAN-Switches (Bridges) Zellenvermittlung (ATM) 6. Multimedia-Anwendungen z z z Real-time Transport Protokoll Session Control und Call Control (H.323) Session Initiation Protocol (SIP) Datennetze/Computernetze und Internet, Sommerrsemester 2005 © Landes/Wieland, FH Coburg, FB Elektrotechnik / Informatik. Alle Rechte vorbehalten. 20 10 Übersicht Teil 1 z z z z z z 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 Einführung Netztopologien Anforderungen an ein Netz ISO/OSI-Referenzmodell ISO/OSI und TCP/IP Bandbreite und Performance Datennetze/Computernetze und Internet, Sommerrsemester 2005 © Landes/Wieland, FH Coburg, FB Elektrotechnik / Informatik. Alle Rechte vorbehalten. 21 1.2 Netztopologien 11 Komponenten Endsystem Endsystem Übertragungsmedium Übertragungsmedium ••mit mitder derAbwicklung Abwicklungvon vonAnwendungsAnwendungsprogrammen programmenbefasster befassterRechner Rechner ••im imengeren engerenSinn SinnSender Senderbzw. bzw.EmEmpfänger pfängervon vonNachrichten Nachrichten ••Verbindung Verbindungzwischen zwischenEndEnd-und und Transitsystemen Transitsystemen Transitsystem Transitsystem ••Rechner Rechnerzur zurAbwickAbwicklung lungvon vonKommunikaKommunikationsaufgaben tionsaufgaben ••im imWesentlichen Wesentlichen Weiterreichen Weiterreichenvon von Nachrichten Nachrichten Datennetze/Computernetze und Internet, Sommerrsemester 2005 © Landes/Wieland, FH Coburg, FB Elektrotechnik / Informatik. Alle Rechte vorbehalten. 23 Vermittelte Netze z Ein Netz kann rekursiv definiert werden als ... z Zwei oder mehr Knoten, die durch einen Link verbunden sind, oder z Datennetze/Computernetze und Internet, Sommerrsemester 2005 © Landes/Wieland, FH Coburg, FB Elektrotechnik / Informatik. Alle Rechte vorbehalten. Zwei oder mehr Netze, die durch zwei oder mehr Knoten verbunden sind 24 12 Bus Mit Terminierung (50 Ω) Datennetze/Computernetze und Internet, Sommerrsemester 2005 © Landes/Wieland, FH Coburg, FB Elektrotechnik / Informatik. Alle Rechte vorbehalten. 25 Ring Datennetze/Computernetze und Internet, Sommerrsemester 2005 © Landes/Wieland, FH Coburg, FB Elektrotechnik / Informatik. Alle Rechte vorbehalten. 26 13 Stern HUB Datennetze/Computernetze und Internet, Sommerrsemester 2005 © Landes/Wieland, FH Coburg, FB Elektrotechnik / Informatik. Alle Rechte vorbehalten. 27 Stern-Stern Datennetze/Computernetze und Internet, Sommerrsemester 2005 © Landes/Wieland, FH Coburg, FB Elektrotechnik / Informatik. Alle Rechte vorbehalten. 28 14 Stern-Bus Datennetze/Computernetze und Internet, Sommerrsemester 2005 © Landes/Wieland, FH Coburg, FB Elektrotechnik / Informatik. Alle Rechte vorbehalten. 29 Baum Datennetze/Computernetze und Internet, Sommerrsemester 2005 © Landes/Wieland, FH Coburg, FB Elektrotechnik / Informatik. Alle Rechte vorbehalten. 30 15 Maschennetz Datennetze/Computernetze und Internet, Sommerrsemester 2005 © Landes/Wieland, FH Coburg, FB Elektrotechnik / Informatik. Alle Rechte vorbehalten. 31 1.3 Anforderungen an ein Netz 16 Zuverlässigkeit z z z Netz und seine Dienste sollen 99,9.. % verfügbar sein Daher: Maßnahmen zur Erhöhung der Zuverlässigkeit Hardware z z z z Stromversorgung (Unterbrechungsfreie Stromversorgung) Ausfallsichere Hardware für Netzserver (z.B. mit ausreichender Kühlung) Mehrere, redundante Verbindungen innerhalb des Netzes (z.B. durch Ringform) Software z z z Spezialisiertes und optimiertes Betriebssystem für Hochlastnetzverteiler (Router, Switches) Stabile und fehlertolerante Systeme bei Standardhardware Stabile Anwendersoftware, aufeinander abgestimmt Datennetze/Computernetze und Internet, Sommerrsemester 2005 © Landes/Wieland, FH Coburg, FB Elektrotechnik / Informatik. Alle Rechte vorbehalten. 33 Was geht schief im Netz? z Ursachen z z z z Fehler auf Bitebene (elektrische Interferenzen) Fehler auf Paketebene (Überlast) Verbindungs- und Knotenausfälle Folgen z z z Nachrichten werden verzögert zugestellt Nachrichten werden in falscher Chronologie zugestellt Dritte können mithören! Datennetze/Computernetze und Internet, Sommerrsemester 2005 © Landes/Wieland, FH Coburg, FB Elektrotechnik / Informatik. Alle Rechte vorbehalten. 34 17 Skalierbarkeit z Netz muss leicht an geänderte Bedingungen anpassbar sein z z z Zusätzliche Teilnehmer (Knoten) Weniger Teilnehmer mehr Netzlast z z z Veränderte Hardware z z z Neue Anwendungen, z.B. Video-Übertragung Gestiegene Nutzungsfrequenz Schnellere oder zusätzliche Prozessoren Leitungen mit höherer Bandbreite Erforderlich: Skalierbarkeit auf allen Ebenen z z z Leitungen und Übertragungskapazitäten Betriebssysteme der Netzkomponenten Serversoftware Datennetze/Computernetze und Internet, Sommerrsemester 2005 © Landes/Wieland, FH Coburg, FB Elektrotechnik / Informatik. Alle Rechte vorbehalten. 35 Sicherheit z z z z Standort der Server sicher vor Brand/Wasserschäden, Sabotage etc. Regelmäßige Datensicherungen der Server, sichere Verwahrung der Backup-Datenträger verteilte Datenhaltung (z. B. Raid Systeme) Informationssicherheit z z z Abfrage von Kennwörtern, Überprüfung der Hardware-Identität z Z.B. verschlüsselte Übertragung von Kennwörtern z Authorisierung (Rechte der Teilnehmer für Zugriff auf Ressourcen im Netz) Verschlüsselung vertraulicher Daten z Sicherstellung der unveränderten Übertragung von Daten z z Authentisierung (Sicherstellen der Identität eines Teilnehmers/Knotens) Zugang von außen geschützt durch eine Firewall Proxy-Server für das Surfen im Netz Datennetze/Computernetze und Internet, Sommerrsemester 2005 © Landes/Wieland, FH Coburg, FB Elektrotechnik / Informatik. Alle Rechte vorbehalten. 36 18 Geschwindigkeit Effektiver Datendurchsatz wird durch Latenz und Bandbreite der einzelnen Verbindungselemente bestimmt => alle Elemente müssen aufeinander abgestimmt sein: z z z z z z Anwendersoftware Worksstations am Arbeitsplatz Netzwerkkarte Verkabelung Transitstationen (Switches, Router, Gateways, Firewalls, Proxies) Datennetze/Computernetze und Internet, Sommerrsemester 2005 © Landes/Wieland, FH Coburg, FB Elektrotechnik / Informatik. Alle Rechte vorbehalten. 37 1.4 ISO/OSIReferenzmodell 19 Schichtenbildung z z z Verwende Abstraktionen, um die Komplexität zu verbergen Abstraktion führt natürlicherweise zu Schichtenbildung Verschiedene Abstraktionen in jeder Schicht Anwendungsprogramme Anfrage/Antwort- NachrichtenstromKanal Kanal Verbindung zwischen Hosts Hardware Datennetze/Computernetze und Internet, Sommerrsemester 2005 © Landes/Wieland, FH Coburg, FB Elektrotechnik / Informatik. Alle Rechte vorbehalten. 39 ISO/OSI-Referenzmodell Zielsetzung z Rahmen für die Standardisierung von Kommunikationsprotokollen bezüglich ihres Verhaltens nach außen z z ISO = International Standardization Organization Schaffung der Grundlage für offene Systeme: z OSI = Open Systems Interconnection Offenes System: z z z Systeme, die darauf angelegt sind, mit anderen Systemen zu kommunizieren Basis ist die Erfüllung von Standards für den Datenaustausch Kompatibilität unterschiedlicher und heterogener Systeme miteinander Geschlossenes System: z z proprietäre Kommunikationsmechanismen inkompatibel mit anderen Systemen Datennetze/Computernetze und Internet, Sommerrsemester 2005 © Landes/Wieland, FH Coburg, FB Elektrotechnik / Informatik. Alle Rechte vorbehalten. 40 20 Entwurfsprinzipien z Reduzierung der Komplexität durch Definition einer Schichtenhierarchie z z z z z z unterschiedliche Abstraktionsebenen der Schichten genau definierte Funktion jeder Schicht gegenseitige Nutzung von Funktionen nur zwischen benachbarten Schichten sinnvolle Balance zwischen Trennung unterschiedlicher Funktionen und Handhabbarkeit der Architektur minimaler Informationsfluss zwischen benachbarten Schichten Kompatibilität mit international genormten Protokollen bei Definition von Funktionen Hierarchie Hierarchieaus aus77Schichten Schichten Datennetze/Computernetze und Internet, Sommerrsemester 2005 © Landes/Wieland, FH Coburg, FB Elektrotechnik / Informatik. Alle Rechte vorbehalten. 41 Aufgaben der Anwendungsschicht (Schicht 7) z z englische Bezeichnung: Application Layer spezifischer Anwendungsprotokolle für häufig benötigte Dienste, z.B. z z z z z z z Dateitransfer (ftp) Nutzung entfernter Rechner (telnet, rlogin) E-Mail (smtp, X.400) Verzeichnis- und Namensdienste (DNS, X.500) Elektronischer Datenaustausch (EDI) Informationsdienste (http) Identifikation und Lokalisierung von Kommunikationspartnern, Authentisierung Datennetze/Computernetze und Internet, Sommerrsemester 2005 © Landes/Wieland, FH Coburg, FB Elektrotechnik / Informatik. Alle Rechte vorbehalten. 42 21 Aufgaben der Darstellungsschicht (Schicht 6) z z englische Bezeichnung: Presentation Layer gemeinsames Datenformat z z z Zahlenformate (Byte-Ordnung), Stringdarstellung Umwandlung von lokaler in Transfersyntax (z.B. Abstract Syntax Notation (ASN.1) oder External Data Representation (XDR)) und umgekehrt Datenverschlüsselung und -kompression Datennetze/Computernetze und Internet, Sommerrsemester 2005 © Landes/Wieland, FH Coburg, FB Elektrotechnik / Informatik. Alle Rechte vorbehalten. 43 Aufgaben der Sitzungsschicht (Schicht 5) z z englische Bezeichnung: Session Layer Dialogsteuerung während der Sitzung z z Halb- oder Vollduplexbetrieb Transaktionskontrolle z z Einstreuen von Synchronisationspunkten Wiederaufsetzen auf dem letzten gültigen Synchronisationspunkt im Fehlerfall Datennetze/Computernetze und Internet, Sommerrsemester 2005 © Landes/Wieland, FH Coburg, FB Elektrotechnik / Informatik. Alle Rechte vorbehalten. 44 22 Aufgaben der Transportschicht (Schicht 4) z z englische Bezeichnung: Transport Layer Ende zu Ende-Kommunikation Kommunikation zwischen Quelle und Ziel Aufbau und Trennung von Verbindungen, Flusssteuerung Unabhängigkeit von beteiligten Subnetzen, deren Qualität und deren verwendeter Technologie z z z z Mechanismen zur Steigerung des Durchsatzes ggf. Aufbau mehrerer Verbindungen und parallele Nutzung überlappende Nutzung einer Verbindung (Multiplexing) z z z Dienstgüte und -art Verhandlung zwischen beteiligten Parteien z.B. über z z z Umfang der Fehlerbehandlung Form der Verbindungsnutzung (Punkt-zu-Punkt, Broadcast ...) Datennetze/Computernetze und Internet, Sommerrsemester 2005 © Landes/Wieland, FH Coburg, FB Elektrotechnik / Informatik. Alle Rechte vorbehalten. 45 Aufgaben der Vermittlungsschicht (Schicht 3) z z englische Bezeichnung: Network Layer Steuerung des Subnetzes z Leitwegbestimmung für zu übermittelnde Pakete z Überlastungssteuerung z z z Umsetzung beim Übergang zwischen heterogenen Netzen z z Vermeidung bzw. Auflösung von Engpässen bei hohem Verkehrsaufkommen Anpassung von Paketformaten und Adressierungsschemata z z statische oder dynamische Festlegung der zu verwendenden Route vor allem wichtig im Internet Segmentierung von Paketen in Rahmen (senderseitig) bzw. Zusammenfügen von Rahmen zu Paketen (empfangsseitig) Abrechnungsfunktion Datennetze/Computernetze und Internet, Sommerrsemester 2005 © Landes/Wieland, FH Coburg, FB Elektrotechnik / Informatik. Alle Rechte vorbehalten. 46 23 Aufgaben der Sicherungsschicht (Schicht 2) z z englische Bezeichnung: Data Link Layer Strukturierung des Bitstroms z z z Gesicherte Übertragung von Daten z z z z Zerlegung des Bitstroms in Blöcke (Rahmen) fester oder variabler Länge Kennzeichnung der Rahmengrenzen, z.B. durch Sondersymbole Austausch von Daten- und zugehörigen Quittungsrahmen Flusssteuerung zur Vermeidung von Datenüberflutung und verlust Fehlererkennung und -behebung Kanalzugriffsregelung z konkurrierender oder gesteuerter Kanalzugriff Datennetze/Computernetze und Internet, Sommerrsemester 2005 © Landes/Wieland, FH Coburg, FB Elektrotechnik / Informatik. Alle Rechte vorbehalten. 47 Aufgaben der Bitübertragungsschicht (Schicht 1) z z englische Bezeichnung: Physical Layer Übertragung eines „rohen“ Bitstroms z z z über Kommunikationskanal, der zwei beteiligte Partnerinstanzen physisch miteinander verbindet ungesicherte reihenfolgeerhaltende Datenübertragung Festlegungen z z z Betriebsart (Übertragungsrichtung, Parallelität, Synchronisation) Darstellungsform der Elementarinformation (Signalcodierung, Modulationsart, Trägerfrequenz) Übertragungsmedium (elektrische Spannung über Kabel, Lichtimpulse über Lichtwellenleiter, elektromagnetische Strahlung per Radio oder Mikrowellenübertragung) Datennetze/Computernetze und Internet, Sommerrsemester 2005 © Landes/Wieland, FH Coburg, FB Elektrotechnik / Informatik. Alle Rechte vorbehalten. 48 24 Gruppierung der Schichten Häufig Unterscheidung zwischen z z netzwerk-orientierten Schichten (Schicht 1 bis 4) und anwendungs-orientierten Schichten (Schicht 5 bis 7) beziehungsweise zwischen z Transitschichten (Schicht 1 bis 3) z z sowohl in Transit- als auch Endsystemen erforderlich Endsystemschichten (Schicht 4 bis 7) z nur in Endsystemen erforderlich, nicht in Transitsystemen Datennetze/Computernetze und Internet, Sommerrsemester 2005 © Landes/Wieland, FH Coburg, FB Elektrotechnik / Informatik. Alle Rechte vorbehalten. 49 Übertragung im OSI-Modell Daten SENDER Anwendungsschicht Darstellungsschicht Sitzungsschicht H6 H5 Transportschicht Vermittlungsschicht Sicherungsschicht Bitübertragungsschicht EMPFÄNGER H7 Daten H4 H3 H2 Anwendungsschicht Darstellungsschicht Daten Sitzungsschicht Daten Daten Transportschicht Daten Daten Bitstrom Datennetze/Computernetze und Internet, Sommerrsemester 2005 © Landes/Wieland, FH Coburg, FB Elektrotechnik / Informatik. Alle Rechte vorbehalten. T2 Vermittlungsschicht Sicherungsschicht Bitübertragungsschicht 50 25 Prinzipielle Struktur einer OSI-Nachricht Nutzdaten Header Schicht 7 Trailer Schicht 2 Header Schicht 6 Header Schicht 5 Header Schicht 4 Header Schicht 3 Header Schicht 2 Datennetze/Computernetze und Internet, Sommerrsemester 2005 © Landes/Wieland, FH Coburg, FB Elektrotechnik / Informatik. Alle Rechte vorbehalten. 51 1.5 ISO/OSI und TCP/IP 26 Internet-Architektur z z z Definiert von der Internet Engineering Task Force (IETF) "Doppelkegel"-Design Anwendung vs. Anwendungsprotokoll (FTP, HTTP) FTP HTTP NV TFTP UDP TCP IP NET1 NET2 … NETn Datennetze/Computernetze und Internet, Sommerrsemester 2005 © Landes/Wieland, FH Coburg, FB Elektrotechnik / Informatik. Alle Rechte vorbehalten. 53 Beziehung der Schichten Anwendungsschicht Anwendungsschicht Darstellungsschicht Darstellungsschicht Sitzungsschicht Sitzungsschicht Host-to-Host Host-to-Host Transport Transport Layer Layer Transportschicht Transportschicht Internet InternetLayer Layer Vermittlungsschicht Vermittlungsschicht Network NetworkAccess Access Layer Layer Sicherungsschicht Sicherungsschicht ISO/OSI TCP/IP Application ApplicationLayer Layer Bitübertragungsschicht Bitübertragungsschicht Datennetze/Computernetze und Internet, Sommerrsemester 2005 © Landes/Wieland, FH Coburg, FB Elektrotechnik / Informatik. Alle Rechte vorbehalten. 54 27 Gemeinsamkeiten und Unterschiede (1) z Modellarchitektur z z gemeinsamer Grundgedanke: Stapel unabhängiger Protokolle ISO/OSI-Modell z Ungleichgewicht der Schichten z z z Sitzungs- und Darstellungsschicht kaum genutzt Vermittlungs- und Sicherungsschicht überladen Adressierung, Flusssteuerung und Fehlerkontrolle über mehrere Schichten ver-teilt Datensicherheit und Verschlüsselung nicht berücksichtigt TCP/IP-Modell z Vermischung von Sicherungs- und Bitübertragungsschicht Datennetze/Computernetze und Internet, Sommerrsemester 2005 © Landes/Wieland, FH Coburg, FB Elektrotechnik / Informatik. Alle Rechte vorbehalten. 55 Gemeinsamkeiten und Unterschiede (2) z Grundmodell und Protokolle z ISO/OSI-Modell zunächst auf konzeptueller Ebene entwickelt, dann durch Protokolle unterlegt z Definition von Zwischenschichten aufgrund von Erkenntnissen bei Entwicklung/ Einsatz von Protokollen z Modell schwierig zu implementieren z Erweiterungen des Modells z.T. komplexe und unhandliche Protokolle TCP/IP-Modell durch Abstraktion vorhandener Protokolle entstanden z z z TCP/IP-Modell passt nur zu TCP/IP keine allgemeine theoretisch fundierte Architektur effiziente Implementierungen, z.B. in BSD UNIX Datennetze/Computernetze und Internet, Sommerrsemester 2005 © Landes/Wieland, FH Coburg, FB Elektrotechnik / Informatik. Alle Rechte vorbehalten. 56 28 Gemeinsamkeiten und Unterschiede (3) z Grundkonzepte z ISO/OSI-Modell z konzeptuelle Unterscheidung zwischen Diensten: Leistungsangebot für andere Schichten Schnittstellen: Beschreibung der Zugriffsmöglichkeiten auf Protokollen: Implementierung bestimmter Dienste z TCP/IP-Modell z ⇒ Leistungsangebote keine klare Unterscheidung zwischen Diensten, Schnittstellen und Protokollen Protokolle im ISO/OSI-Modell leichter austauschbar Datennetze/Computernetze und Internet, Sommerrsemester 2005 © Landes/Wieland, FH Coburg, FB Elektrotechnik / Informatik. Alle Rechte vorbehalten. 57 Gemeinsamkeiten und Unterschiede (4) z Kommunikationsarten z ISO/OSI-Modell z z z z z ursprünglich stark auf verbindungsorientierte Dienste und Protokolle ausgerichtet verbindungslose Dienste und Protokolle erst im Nachhinein berücksichtigt auf Vermittlungsschicht verbindungsorientierte und verbindungslose Kommuni-kation auf Transportschicht nur verbindungsorientierte Kommunikation TCP/IP-Modell z z auf Vermittlungs- (Internet-)schicht nur verbindungslose Kommunikation auf Transportschicht verbindungsorientierte und verbindungslose Kommunikation Datennetze/Computernetze und Internet, Sommerrsemester 2005 © Landes/Wieland, FH Coburg, FB Elektrotechnik / Informatik. Alle Rechte vorbehalten. 58 29 1.6 Bandbreite und Performance Performance-Metrik z Bandbreite (Datendurchsatz) z z z Pro Zeiteinheit übermittelte Datenmenge Über eine Verbindung oder Ende-zu-Ende Notation: z z z KB = 210 bytes Mbps = 106 bits per second Latenz (Verzögerung) z z z Zeit, um eine Nachricht von A nach B zu senden Unidirektional oder "round-trip time" (RTT) Bestandteile Latenz = Ausbreitungsverzögerung + Übertragungsverzögerung + Wartezeit Ausbreitungsverzögerung = Entfernung/Lichtgeschwindigkeit Übertragungsverzögerung = Paketgröße/ Bandbreite Datennetze/Computernetze und Internet, Sommerrsemester 2005 © Landes/Wieland, FH Coburg, FB Elektrotechnik / Informatik. Alle Rechte vorbehalten. 60 30 Bandbreite gegenüber Latenz z Relative Bedeutung z z z Roundtrip-Zeit überwiegt z z z z 1-byte: Latenz dominiert, 1ms statt 100ms bringt mehr als 100Mbps Bandbreite statt 1Mbps 25MB: Bandbreite dominiert, 100Mbps statt 1Mbps bringt mehr als 1ms Latenz statt 100ms Durchsatz = TransferGröße / TransferZeit TransferZeit = RTT + 1/Bandbreite x TransferGröße Unendliche Bandbreite: Transferzeit -> RTT Eine 1-MB Datei über eine 1-Gbps-Verbindung verhält sich wie ein 1-kB Paket über eine 1-Mbps-Verbindung Datennetze/Computernetze und Internet, Sommerrsemester 2005 © Landes/Wieland, FH Coburg, FB Elektrotechnik / Informatik. Alle Rechte vorbehalten. 61 Produkt aus Verzögerung x Bandbreite z z Datenmenge, die gerade “unterwegs” oder “in der Pipeline” ist Beispiel: 100ms x 45Mbps = 560KB Verzögerung Bandbreite Datennetze/Computernetze und Internet, Sommerrsemester 2005 © Landes/Wieland, FH Coburg, FB Elektrotechnik / Informatik. Alle Rechte vorbehalten. 62 31 Aufgabe Berechnen Sie die Latenz (vom ersten gesendeten bis zum letzten empfangenen Bit) für ein 10 MBit/sEthernet mit drei Speichervermittlern (Store-andForward-Switche) auf der Strecke und einer Paketgröße von 5.000 Bit. Gehen Sie davon aus, dass jede Verbindungsleitung eine Ausbreitungsverzögerung von 10 µs einführt und dass jeder Switch sofort, nachdem er ein Paket vollständig empfangen hat, mit der erneuten Übertragung beginnt. Datennetze/Computernetze und Internet, Sommerrsemester 2005 © Landes/Wieland, FH Coburg, FB Elektrotechnik / Informatik. Alle Rechte vorbehalten. 63 32