Internet

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Geoinformation III
Vorlesung 11b
Offene Systeme, Rechnernetze und das
Internet
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Rechnernetze
•
Schichten 1-3 werden durch Rechnernetzwerke realisiert
–
Rechnernetze sind Voraussetzung für räumlich verteilte Systeme
•
Schicht 4 wird häufig vom Rechnerbetriebssystem implementiert
–
Beispiele: UNIX (Linux), Windows, Mac-OS
•
Rechnernetze werden unterschieden in
–
Lokale Netze (Local Area Network LAN)
–
Nahbereichsnetze (Metropolitan Area Network MAN)
–
Weitverkehrsnetze (Wide Area Networks WAN)
•
Oftmals werden LANs zu MANs und WANs zusammengeschaltet
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Struktur von Netzwerken
Bei der Betrachtung einer Netzwerkstruktur wird zwischen
a) der physikalischen und
b) der logischen Struktur unterschieden,
da beide voneinander unterschiedlich sein können.
Physikalische Struktur:
Technisch realisierte Verknüpfung der Komponenten
Logische Struktur:
Organisation der Kommunikation,
Konnektivität der verschiedenen Dienste
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Netzwerktopologien
Stern
Ring
Baum
Bus
Graph
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Beispiel für eine konkrete Vernetzung
Sog. Aktive Komponenten
eines Rechnernetzwerkes
Rechner A
4-7
E
b
e
n
e
n
4-7
Router
3
Bridge
(z.B. Switch)
2
2
1
Teilnetz 1
A 2x
Rechner B
1
1
Teilnetz 1
3
3
2
2
Repeater
(z.B. Hub)
2
1
1
1
1
Teilnetz 2
Teilnetz 2
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Internet
•
•
•
Bedeutung: Internet ist „das Netz der Netze“
–
weltweit größter Zusammenschluss von Rechnernetzen
–
ging aus dem in den 60er Jahren entw. US Militärnetz ARPANET hervor
–
Ende 2001 ca. 66 Millionen Rechner
Technisch: Internet ist ein Netz von Netzen,
–
die allesamt das TCP/IP-Protokoll zur Kommunikation verwenden
–
wesentliche Eigenschaften: dezentrale Steuerung, Graphtopologie
Zum Internet werden i. a. auch die Anwendungen gezählt, z. B.:
–
Elektronische Post (Email)
–
World Wide Web (WWW)
–
Dateitransfer und –fernzugriff (FTP, NFS, Microsoft Dateidienste)
–
Internet Relay Chat (IRC)
–
Video- und Musikserver (Video- und Audiostreaming, z.B. online Radio)
–
Verteilte (Geo-)Informationssysteme
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Internet – Internet Protocol
•
IP [DoD MIL-STD-1777] implementiert OSI-Schicht 3 (Verbindungsschicht)
•
Definiert das globale Adressierungsschema, die sog. IP-Adressen:
a.b.c.d
mit 0  a,b,c,d  255
(232 Einzeladressen)
Beispiel: 131.220.71.205 ist die IP-Adresse des IKG-Webservers
•
Datenübertragung erfolgt ausschließlich per (kleiner) Datagramme
•
Legt dynamisch die Route abgehender Datenpakete fest
–
Routen sind störungs-, last-, qualitäts- und kostenabhängig
–
Pfadbestimmung erfolgt dezentral hierarchisch: wenn Ziel nicht direkt erreichbar,
dann wird das Paket an den nächsthöheren Internet-Router weitergeleitet
–
Internet nicht zyklenfrei: Gefahr der endlosen Weiterreichung
•
Lösung: „Pakete altern beim Weiterreichen“; Terminierung nach 30 Schritten
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Hierarchische Struktur des Internet
am Beispiel der USA
Hauptrouter
niedrig
A 1x
Bandbreite der Verbindung
Die Netzverbindungen der
höchsten Ebene bilden das
sog. Backbone
(„Rückgrat“).
hoch
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Internet – Transmission Control Protocol
•
TCP [DoD MIL-STD-1778] implementiert OSI-Schicht 4 (Transportschicht)
•
Bietet verbindungsorientierte und verbindungslose Dienstleistungen an
–
Anwendungen können beliebig große Dateien bzw. Datenströme
–
(bei stehender Verbindung) in beide Richtungen gleichzeitig (duplex)
–
über 65536 verschiedene, auswählbare Kanäle (den sog. Sockets) verschicken.
•
Datenströme werden in kleine Datagramme (typ. 15KB) zerlegt verschickt
–
Pakete werden nummeriert
–
fehlerhafte oder verlorengegangene Pakete werden neu angefordert
•
Schnittstelle zu den Anwendungen: 65536 Sockets / Ports
–
Vergleichbar einem Steckfeld der frühen Telefonvermittlung
–
Anwendungen kommunizieren über festgelegte Portnummern
–
Anwendungen werden automatisch benachrichtigt, wenn
•
neue Verbindungen aufgebaut werden sollen
•
Daten eingetroffen sind oder vollständig gesendet wurden
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Internet – Wichtige Standarddienste
•
Belegung der Portnummern von 0 bis 1023 (die sog. „well-known ports“) ist
vorgeschrieben.
Beispiele:
•
Domain Name Service DNS (Port 53)
–
Umsetzung von Rechnernamen zu IP-Adressen
–
Jeder Provider betreibt min. einen Nameserver, der unter einer bekannten
IP-Adresse erreichbar ist
•
EMail (Port 25; smtp-Protokoll)
•
FTP (Ports 20, 21; FTP-Protokoll)
•
World Wide Web (Port 80; http-Protokoll)