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<dk0808-1-Ti.doc> 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 Seite 1 <dk0808-1-Ti.doc> 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 Seite 2 <dk0808-1-Ti.doc> 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 Seite 3 L7 <dk0808-1-Ti.doc> 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) Seite 4 <dk0808-1-Ti.doc> 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. Seite 5 <dk0808-1-Ti.doc> 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)… Seite 6 <dk0808-1-Ti.doc> 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 Seite 7 <dk0808-1-Ti.doc> 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) : Seite 8 <dk0808-1-Ti.doc> 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. Seite 9 <dk0808-1-Ti.doc> 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) Seite 10 <dk0808-1-Ti.doc> 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 Seite 11
