Geoinformation 3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Geoinformation III Vorlesung 11b Offene Systeme, Rechnernetze und das Internet Geoinformation 3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 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 Geoinformation 3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 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 Geoinformation 3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Netzwerktopologien Stern Ring Baum Bus Graph Geoinformation 3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 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 Geoinformation 3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 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 Geoinformation 3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 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 Geoinformation 3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 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 Geoinformation 3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 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 Geoinformation 3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 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)