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DATENKOMMUNIKATION
Technische Informatik
Prof. Dr. Gordon Thomas Rohrmair
(Vertretung Prof. Dr. Beck)
Skript zur Vorlesung SS 2010
Literatur:
Comer, D.,
Computernetzwerke und Internets:
Prentice Hall, Pearson Studium, 2000
Andrew S. Tanenbaum
Computernetzwerke
4., aktualisierte Auflage Pearson Studium, 2003
Sprache:Deutsch € 49,95
Computer Networks
Prentice Hall PTR Englisch
ISBN: 978-3-8273-7046-4 960 Seiten
Veröffentlicht 2002 912 Seiten ISBN 0130661023
Riggert, W.,
Rechnernetze: Grundlagen - Ethernet - Internet
Fachbuchverlag Leipzig, 2005, 3.te Auflage
James F.Kurose Keith W. Ross
Computer Networking.
A Top-Down Approach Featuring the Internet:
Taschenbuch: 848 Seiten Sprache: Englisch ISBN-10: 0321269764
Verlag: Addison-Wesley Longman, Amsterdam; Auflage: 3rd ed. (7. Oktober 2004)
Computernetze
2002, Pearson Studium, deutsch
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Inhalte:
1. Ziele/Klassifizierung/Anforderungen
2. Systemübersicht, Modelle und Normen
Netzkomponenten
OSI-Architekturmodell
3. Übertragungstechnik, Medien und Bitübertragungsschicht
physikalische Grundlagen
Medien, Verkabelungsstrategien
Drahtlose Übertragung
Übertragungsverfahren und Modem's
Multiplexen
4. Sicherungsschicht
Aufgaben und Funktionen
Klassifizierung
PPP
5. Vermittlungsschicht
IP Protokoll
6. Transportprotokolle
TCP
UDP
7. Kommunikationssteuerungsschicht und
Darstellungsschicht
Aufgaben
8. Anwendungsschicht
Protokolle (FTP, Telnet, HTTP)
9. Lokale Rechnernetze
Topologien
Medienzugangsverfahren
Ethernet
WLAN
10. Netzwerkmanagement
Netzmonitoring und Netzanalyse
Netzmanagementsysteme
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Einleitung:
Was ist Datenkommunikation bzw. Rechnerkommunikation?
Was ist Kommunikation?
Kommunikation: Austausch von Informationen
Information
Orginator
Sender
Quelle(Source)
Kodierung
Medium
Dekodierung
Rezipient
Empfänger
Ziel(Destination)
Signale
Zeichenvorrat
Sender
Empfänger
Definition: Datenkommunikation, Rechnerkommunikation und Computerkomunikation sind
synonym und bedeuten:
Kommunikation mit Beteiligung von Rechnern
Anwender
user
L7
Anwendung
L3-6
Kommunikationssubsystem
communicaton
subsystem
(middleware)
L3-6
L1-2
Netzzugang
network-access
L1-2
Datenkommunikationsnetz
application
data communication network
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L7
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1. Ziele/Klassifizierung/Anforderungen
1.1
Ziele und Nutzen der Datenkommunikation
 Informationsgewinnung( Online Datenbanken, WWW)
 Kommunikation /(computergestützt z.B. E-Mail, Chat,
video conference)
 Kooperation ( workgroup-computing, CSCW)
 Koordination( workflow-computing)
 Transaktions (Online Transaction Processing)
Realisierung dieser und weiterer Ziele durch den Aufbau von Computernetzen und
Verbundsystemen
 Datenverbund (Dateien, Datenbanken)
 Kommunikationsverbund (mail, chat, IM,
video conference,...)
 Programmverbund (Abgleich von Rechnern)
 Lastverbund (Verteilung der Last)
 Leistungsverbund (Erhöhung der Leistung durch Verteilung einer
Aufgabe auf viele Rechner)
 Hardwaresharing / Geräteverbund (Drucker, Plotter,...,
Spezialrechner,...)
 Sicherheits- / Verfügbarkeitsverbund (z.B. back-up Rechenzentren)
 Sicherungsverbund (für schnelle Verfügbarkeit nach Ausfall)
 Managementverbund und Ferndiagnose (Fernverwaltung von Systemen)
Teilaufgaben der Datenkommunikation:
 räumlicher Transport von Daten mit Transportsystem
(Übertragungssystem (L1-L4))
+ physikalischer und logischer Verbindungsaufbau,
Überwachung der Verbindung und Verbindungsabbau (L1-L3)
+ physikalische Datenübertragung
+ Sicherheitsmechanismen auf Teilstrecken (L2)
+ Fluss- und Verstopfungskontrolle (L2-L4)
+ Wegewahl (Routing) (L3)
+ Transportkontrolle und -sicherung
(Endsystem zu Endsystem) (L4)
 Koordinierungs- und Kooperationsaufgaben
+ Dialogsteuerungen (L5)
+ Aushandeln von Zeichensätzen, Fileformaten (L6)
+ Standardanwendungen: telnet, ftp, ...(L7)
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1.2 Klassifikationen der Datenkommunikation und der Rechnernetze
1.2.1 nach Art der Kommunikationspartner:
 user - user (mit Rechner als Medium)
z.B. talk, e-mail, CSCW,..
 user - computer
z.B. telnet, BTX, ..., online
Datenbanken, Transaktionssysteme
 computer - computer z.B. Replikationen, Routing-Protokolle
 Maschinen- Computer- Meßgeräte (Fabrikautomatisierung,...)
1.2.2 nach Richtung der Kommunikation
 Simplex (eine Richtung)
 Halbduplex ( beide Richtungen, zeitlich abwechselnd)
 Vollduplex (beide Richtungen gleichzeitig)
1.2.3 Teilnehmeranzahl:
Zweipunkt - Point to Point(P2P) oder unicast:
Mehrpunkt (casting ): (1:m) und (m:1)
multicast(1:m)
concasting(m:1)
multicast (an ausgewählte Gruppe oder an alle,
Point to Multipoint (PMP))
broadcast (multicast an alle)
anycast (an ein beliebiges Mitglied einer Gruppe)
Gruppenkommunikation ( Konferenzen m:m)
m:m kann mittels m*(m-1)/2 unicast oder m Multicast -Verbindungen realisiert werden.
Multicast und Broadcast kann erheblich Bandbreite sparen, falls die Aufteilung der
Datenströme an die einzelnen Teilnehmer so spät wie möglich erfolgt. Aber Probleme mit
Bestätigungen.
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1.2.4 nach Entfernung/Größe und Netztyp:
GAN
WIN
WAN
MAN
LAN
PAN
= global area network
= worldwide international network
Problem: weltweit verschiedene Gesetze, Standards,
relativ lange Signallaufzeiten
(0,1-0,2s bei Glasfaser, 0,25-0,5s bei geostationären Satelliten)
= wide area networks (50-40000km)
= metropolitan area networks (5-100km)
= local area network (10m-10km)
= personal area network (1-10 m)
Als Netztypen werden unterschieden
 Lokale Netze
 Zugangsnetze
 Citynetze, Backbonenetze, Kernnetze
1.2.6 Topologie des Netzes





Linie/BUS
Baum
Ring, Doppelring
Stern und hierarchischer Stern
Maschen
1.2.7. Vermittlungsart
Leitungsvermittlung (circuit switching unit CSU)
physikalische Kanäle werden durchgeschaltet (L1)
Paketvermittlung (packet switching unit PSU)
variable Länge der Datenpakete mit fester maximaler Länge werden übermittelt
(z.B. 128 Oktette als maximales Paket übermittelt) (L2, L3)
Zellenvermittlung (cell switching, cell relay)
Zellen fester Länge (im Allgemeinen relativ klein) werden vermittelt (ATM)
Nachrichtenvermittlung
komplette Nachrichten bzw. Dateien werden zugestellt. (z.B. E-mail, FTP) (L7)
1.3 Klassifikation der Organisationsformen der Datenverarbeitung
1.3.1 Zentralisierte Datenverarbeitung
Alle Funktionen in einer Zentraleinheit (batch processing)
später Dialog mit lokalen Terminals
1.3.2 Thin Clients und Serverfarmen
Anwendungen zentral, Zugriff durch einfache Clients(Terminals ,remote terminal)
heute neben zeichenorientierten Benutzeroberflächen(CUI) meist graphische
Benutzeroberfläche (GUI). Beispiele: Citrix, RDA, X-WiN, X-Terminal, VPN-Client…..
Dieses Verfahren auch gut geeignet für
SaaS ( Software as a Service), SOA (Service oriented Architecture) angeboten von ASP ´s
(Application Service Provider)…
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1.3.3 Verteilte Verarbeitung
E/A, Verarbeitung, Speicherung wird auf mehrere Rechner verteilt
-> heute meist Client / Server - Modelle
Client fordert beim Server Dienstleistungen an, die vom Server zurückgeliefert
werden.
Client
Server
t
häufig als
remote procedure call
realisiert
Alternativen sind: reines Messaging (Nachrichten versenden) ohne automatische Rückgabe
eines Ergebnisses.
was liegt wo??
a) Datenbank auf Server, Rest d.h. Anwendung und Benutzerinterface auf Client.
Datenbankserver: SQL als Datenbankabfragesprache häufig im Einsatz.
b) U (ser Interface (UI) und Teilapplikation auf Client
Datenbank und Teilapplikation auf Server
Problem: Standardschnittstellen fehlen noch, Web 2.0 und AJAX geht in diese Richtung
c) User Interface ist auf Client - Rest auf Server (vgl. 1.3.2)
User Interface häufig graphisch (GUI) z.B. X-Window, Windows
openwin
Heute neben diesen 2-tier häufig auch 3-tier Architekturen. (tier : Reihe, Schicht,...)
1.te Schicht: Benutzeroberfläche
2.te Schicht: Anwendungslogik
3.te Schicht: Datenbank
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1.4 Qualitätsparameter und Anforderungen beim Datenübertragungsdienst
Mit quality of services (QoS)
Datenübertragungsdienstes bewertet.
bzw.
Dienstgüte
wird
die
Eigenschaft
des
QoS-Parameter:

Datenübertragungsrate (bit/s oder bps)



feste Rate (z.B. bei Leitungsvermittlung)
committed bit rate (zugesagte Mindestdatentransferrate) und eventuell
peak bit rate (Spitzendatentransferrate)
pbr
cbr

Verzögerungszeit (VZ) / Delay , Latency
o z.B. 0,1s - 0,5s bei x.25 üblich

Schwankung der Verzögerungszeit (VZ) / Jitter
(durchschnittliche, maximale, minimale)
 Fehlerraten:






Bitfehlerrate (BER), bit error rate
d.h. fehlerhafte bit / übertragene_ bit
= BER
10-4 - 10-5 auf L1
10-12 - 10-15 auf Transportschicht und höher
Zellen- Rahmen (frame)- oder Paketfehler:
d.h. fehlerhafte, verlorene, falsch zugestellte, verdoppelte, falsch
geordnete Datenzellen, Rahmen oder Pakete
falsche Verbindungen und
falsche Abrechungen
Verfügbarkeit (z.B. 97,5%) bzw. gestörte Zeiten, Ausfallzeiten
Weitere Qualitätsparameter:

Dämpfung und Störpegel bei analogen Leitungen

Verbindungsaufbauzeiten
Die Anforderungen an die quality of services unterscheiden sich für die verschiedenen
Anwendungstypen.
Festlegung in Service Level Agreements (SLA) :
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Anwendungsklassen:
asynchrone Anwendungen:
 keine zeitliche Kopplung (innerhalb von sec.) zwischen Sender und
Empfänger, z.B. e-mail, file transfer
synchrone Anwendungen:


zeitliche Kopplung (synchron) zwischen Sender und Empfänger
Verzögerungszeit = k,
z.B. (k = 0,25 s) bei Dialogbetrieb und k = 1 ms bei
Echtzeitdatenverarbeitung (realtime processing)
Mindestdatentransferrate muss garantiert verfügbar sein.
isochrone Anwendungen besitzen eine feste Datenrate mit einem zeitlich konstanten
Bitabstand, d.h. keine Delayschwankung bzw. kein Jitter ist zulässig!.
Verzögerungszeitschwankung   ,   10-3-10-8s
Typische Anwendungen sind Sprach- und Videoübertragung und Leitungsemulation
(Simulation einer analogen oder digitalen Leitung).
Auf Kosten der Verzögerungszeit kann durch hinreichend große Eingangspuffer (Jitterbuffer)
die Isochronität wieder hergestellt werden. Das Gegenteil von isochron ist anisochron.
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Datenverkehrsarten:
Die Anwendungsklassen erzeugen jeweils typischen Datenverkehr:

kontinuierlicher Datenverkehr (stetig mit geringen Schwankungen)
typisch für digitalisierte Sprache, Video und Leitungsemulation

burstartiger Datenverkehr (plötzliche Leistungsspitzen, dazwischen
Totzeiten, Millisekunden bis zu einigen Sekunden)
kurze Lastspitzen: typisch für Datendialog

relativ lange Hochlastphasen(Minuten- und Stundenbereich), bulk =
Massendatentransfer (für Dateitransfer typisch)
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Anwendungen
Datentransferrate
VZ (Jitter)
Text-Terminal
9600 bit/s
Verzögerungszeit VZ
(Delay)
 0,5s
Bitmapgrafik
64kbit/s - 2Mbit/s
 0,25s
Sprache, Dialog
84,64,32,16,(8) kbit/s
 0,25s
 50 ms
Video, Dialog
140Mbit/s -2,5Gbit/s
ohne Kompression
64kbit/s - 8Mbit/s
mit Kompression
 0,15s
< 15 ms
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