Kein Folientitel - L
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Grundlagen der Datenkommunikation Version 1.1.3 Dezember 2002 Vortragsfolien zur Unterlage „Der PC im Netz“ ISBN 3-7723-4015-6 Franzis Verlag 2002 Datenkommunikation – (C) Claus Brell 12/2002 Kap. 2 verschiedene Organisationsformen der Datenkommunikation zentrales System mehrstufig Verbundsystem online vs. offline Betriebsarten: batch vs. dialog Teilnehmer vs Teihbaher S. 18 ff. Datenkommunikation – (C) Claus Brell 12/2002 Kap. 2 Abb. 1 – Organisationsform zentrale DV Datenkommunikation – (C) Claus Brell 12/2002 Kap. 2 Abb. 2– Organisationsform mehrstufiges System Datenkommunikation – (C) Claus Brell 12/2002 Kap. 2 Abb. 3 – Organisationsform Verbundsystem Datenkommunikation – (C) Claus Brell 12/2002 Kap. 2 Abb. 4 – Betriebsarten von Datenfernverarbeitungssystemen batch technisch Dialog Realtime Betriebsarten Teilhaber Anwendungssicht Teilnehmer Datenkommunikation – (C) Claus Brell 12/2002 Kap. 2 – Grundbegriffe der Vernetzung Lokale Netze (LAN) unterscheiden sich -technisch – (heute noch) von Weitverkehrsnetzen (WAN) Ein leistungsfähiges Netz benötigt ein starkes Rückgrat (Backbone) Lokale Vernetzung: Kabel und Hardware nach der „strukturierten Verkabelung“ Es gibt Peer-To-Peer-Netze und Client-Server-Netze Endgeräte und Anwendungen: Frontend, Backend Client, Server Komponenten für lokale Netze: LAN-Karten Twisted-Pair Kabel / RJ45-Kabel Hub (Sternkoppler) Switch (intelligenter Hub) S. 24 ff. Datenkommunikation – (C) Claus Brell 12/2002 Kap. 2 Abb. 5 – Backbone Standort „D“ Standort „C“ BACKBONE Standort „A“ Datenkommunikation – (C) Claus Brell 12/2002 Standort „B“ Kap. 2 Abb. 6 – strukturierte Verkabelung tertiär sekundär sekundär tertiär tertiär tertiär primär Datenkommunikation – (C) Claus Brell 12/2002 tertiär tertiär Kap. 2 Abb. 7 – Frontend, Backend, Client, Server Frontends: Browser NT Clients Browser NT Clients Browser NT Clients Netz: Web-Server Mail Server Backends: Datenkommunikation – (C) Claus Brell 12/2002 File Server Kap. 2 – Schnittstelle und Protokoll Schnittstelle: „Sprachregelung“ Stecker, Spannungspegel, Kabellänge Programmaufrufe, Parameternamen, Rückgabewerte ------ So , X. 21..... Protokoll: „Verhaltensregeln“ wer redet wann, Verbindungsaufbau, Verbindungsabbau ------ ftp, X.25 ....... S. 35 Datenkommunikation – (C) Claus Brell 12/2002 Kap. 2 Abb. 9 und 10 - Datenübermittlungssystem DEE DÜE Übertragungskanal DÜE DEE DEE DEE DÜE DÜE Übertragungskanal Datenkommunikation – (C) Claus Brell 12/2002 Kap. 2 – Das OSI Referenzmodell OSI-Modell 7 (Anwendung) Internet-Modell Application Layer 6 (Darstellung) 5 (Kommunikation) 4 (Transport) Transport Layer 3 (Vermittlung) Network Layer 2 (Sicherung) 1 (Bitübertragung) Datenkommunikation – (C) Claus Brell 12/2002 Link Layer Kap. 2 – Standards, Normen und Gremien IEEE ISO Lan-Normung IEEE 802 Europäische Normung ITU / CCITT DIN Postgesellschaften Deutsche Normung Datenkommunikation – (C) Claus Brell 12/2002 Kap.3 – Abb. 11 Sender Wandler Datenkommunikation – (C) Claus Brell 12/2002 Nachrichtenkanal Wandler Empfänger Kap. 3 – Analog, Digital, Codes, Modulation Daten = Messwerte analog = kontinuierlich vs. digital = diskret Übertragen von Messwerten => Kodieren von Daten Dual-binär vs. Dezimal-Dekadisch Modulation: digitale Daten auf analogem Netz PCM-Verfahren ISO-7-Bit Code S. 47 ff. Datenkommunikation – (C) Claus Brell 12/2002 Kap.3 Abb. 12 Digitalisierung PCM Verfahren 2,5 250 2 200 1 0,5 150 0 -0,5 100 -1 -1,5 50 -2 -2,5 0 Zeit Datenkommunikation – (C) Claus Brell 12/2002 digitalisiert Signal [ mV ] 1,5 Kap. 3 – Abb. 13 Amplitudenmodulation Datenkommunikation – (C) Claus Brell 12/2002 Kap. 3 – Abb. 14 Frequenzmodulation Datenkommunikation – (C) Claus Brell 12/2002 Kap. 3 – Kenngrößen: Geschwindigkeit und Fehlerrate Leitungen deformieren Rechtecksignale DÜE packen mehrere Bits in ein Signal Schrittgeschwindigkeit, Übertragungskapazität, Transfergeschwindigkeit Fehlerhäufigkeit: Anzahl fehlerhafter Bits / Gesamtzahl Bits S. 63 ff. Datenkommunikation – (C) Claus Brell 12/2002 Kap. 3 – Abb. 15 SignalSpannung „1“ „1“ „0“ Datenkommunikation – (C) Claus Brell 12/2002 „1“ Zeit Kap. 3 – Abb. 16 SignalSpannung 3=I I 2=I0 1=0I 0=00 Datenkommunikation – (C) Claus Brell 12/2002 Zeit Kap. 4 – Bits und Leitungen Übertragungsarten: seriell vs. parallel Bitsynchronismus und Zeichensynchronismus Start-Stop-Verfahren vs. Synchronverfahren Standverbindungen vs. Wählverbindungen S. 71 ff. Datenkommunikation – (C) Claus Brell 12/2002 Kap. 4 – Abb. 17 Datenkommunikation – (C) Claus Brell 12/2002 Kap. 4 - Abb. 18 Datenkommunikation – (C) Claus Brell 12/2002 Kap.5 – Lokale Netze Netztopologien: Bus, Stern, Ring CSMA / CD (BUS-orientiertes Übertragungsverfahren) Ethernet: das häufigste CSMA/CD-Verfahren S. 81 ff. Datenkommunikation – (C) Claus Brell 12/2002 Kap. 5 – Abb. 19 Ethernet-Rahmen IEEE 802.2/3 Byte 1. Byte 2. Byte 3. Byte 4. Byte Bit-Nr. 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 Inhalt Preambel Startbegrenzung Zieladresse Quelladresse Länge DSAP SSAP CTRL Protokoll-ID Type Nutzdaten, 38 bis 1492 Byte Kontrollsumme (Frame Check Sequence, CRC) Datenkommunikation – (C) Claus Brell 12/2002 Kap. 5 – Abb. 20 Ethernet – Zwei PCs ohne Hub NIC KreuzKabel NIC Datenkommunikation – (C) Claus Brell 12/2002 Kap. 5 – Abb. 21 Ethernet – Mehrere PCs mit Hub Hub NIC NIC NIC NIC Datenkommunikation – (C) Claus Brell 12/2002 Kap. 5 – Abb. 22 Cheapernet-Kabel Datenkommunikation – (C) Claus Brell 12/2002 Kap. 6 – Abb 35 Migration von Einzelarbeitsplätzen zu vernetzten Arbeitsplätzen 1.) Datenkommunikation – (C) Claus Brell 12/2002 2.) 3.) Kap. 6 – Abb. 35 - Prinzip des WAN Provider B Provider A Provider C Datenkommunikation – (C) Claus Brell 12/2002 Kap. 6 – Abb. 36 - Technik des WAN 2 1 A B C 3 4 5 Datenkommunikation – (C) Claus Brell 12/2002 Kap. 6 – Abb. 37 - Vernetzung einer Mittelstandsfirma Standort München 2 Mbit/s-Leitung Standort Düsseldorf ISDN-Anschluss Standort Köln Datenkommunikation – (C) Claus Brell 12/2002 Kap. 6 – Abb. 38 ISDN - Prinzip des Anschluss Nebenstellenanlage TerminalAdapter ISDN-PC ISDNTelefon G4-Fax Datenkommunikation – (C) Claus Brell 12/2002 S0 NTBA Uk0 Digitaler Vermittlungsknoten Kap. 6 – Abb. 39 Peer-to-Peer Verbindung über ISDN und analoges Telefon ISDN Karte NTBA Datenkommunikation – (C) Claus Brell 12/2002 ISDNNetz Analoges TelefonNetz Modem Kap. 6 – Abb. 45 ISDN - PC und Nebenstellenanlage ISDN Karte Nebenstellenanlage Modem Datenkommunikation – (C) Claus Brell 12/2002 NTBA Digitaler Vermittlungsknoten Kap. 6 – Abb. 44 ISDN - interner Aufbau eines Terminaladapters Terminal Terminal X.21/V.24 PAD Schnittstelle X.21/V.24 zu den Terminals PAD LAPB, LAPD Bitratenadapter X.30 <-> V110 LAPB, LAPD Steuerungs- und Signalisierungskonverter HDLC (LAPD) analoges Telefon a / b Umsetzer G3-Fax Beispiel für einen Terminaladapter Datenkommunikation – (C) Claus Brell 12/2002 SoSchnittstelle Mux/ Demux So ISDNAnschluß Kap. 6 – Abb. 40 Protokollstapel - cfos/Win über Capi Anwendung für Modem cfos / Win CAPI ISDN-Karte NTBA Datenkommunikation – (C) Claus Brell 12/2002 Kap. 6 - Abb. 42 ISDN Anschlussarten ISDN-Anschluss Euro - ISDN BasisAnschluss MehrgeräteAnschluss Datenkommunikation – (C) Claus Brell 12/2002 PrimärMultiplexAnschluss AnlagenAnschluss nationales ISDN BasisAnschluss PrimärMultiplexAnschluss Kap. 6 – Abb. 43 Anschluss Unix-Rechner an ISDN (über Terminaladapter) X.25Karte S0 X.21 Datenkommunikation – (C) Claus Brell 12/2002 TA NTBA ISDNNetz Kap. 6 – Abb. 48 ADSL - Aufteilung der Frequenzbänder POTS (analoges Telefon) 0 Hz Datenkommunikation – (C) Claus Brell 12/2002 ADSL ISDN 4 kHz 130 kHz Frequenz 1 MHz Kap. 6 – Abb. 46 ADSL-Protokollstapel Anwendung (www, ftp...) OSI 5-7 TCP/IP OSI 3-4 PPPoE OSI 2 Ethernet OSI 1-2 ADSL-Modem Datenkommunikation – (C) Claus Brell 12/2002 Kap. 6 - Abb. 47 PPPoE Datenpaket PPPoE - Datenpaket Byte 1. Byte 2. Byte 3. Byte 4. Byte Bit-Nr. 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 Inhalt Access-Concentrator-Mac-Adress Access-Concentrator-Mac-Adress (Weiterf.) Host-Mac-Adress Host-Mac-Adress (Weiterführung) Ether-Type = 0x8866 v=1 t=1 Code = 0x00 Session-ID = 0x1234 Length = 0x???? PPP Protocol = 0xc021 PPP Payload PPP Payload (Weiterführung) Datenkommunikation – (C) Claus Brell 12/2002 Kap. 6 – Abb. 50 ADSL-Anschluss mehrerer PCs über einen Hub NTBBA Hub Datenkommunikation – (C) Claus Brell 12/2002 zum Splitter Kap. 6 – Abb. 49 ADSL-Splitter für die Aufteilung der Frequenzbänder Datenkommunikation – (C) Claus Brell 12/2002 Kap. 6 – Abb. 51 ADSL - Anschluss mehrerer PCs über einen Software-Router Unix-Router NTBBA Datenkommunikation – (C) Claus Brell 12/2002 zum Splitter Kap. 7 – Abb. 52 Leitungsprotokoll im OSI-Modell Anwendung A Anwendung B Daten Schnittstelle Schnittstelle Protokoll Sicherungsschicht Sicherungsschicht Physikalische Schicht Physikalische Schicht Leitung Datenkommunikation – (C) Claus Brell 12/2002 Kap. 7 – Abb. 53 Basic Mode Datenblock PAD SYN Datenkommunikation – (C) Claus Brell 12/2002 STX Text ETX ETB BCC Kap. 7 – Abb. 54 Datenstrom mit Protokollelementen Nachricht Flag Datenkommunikation – (C) Claus Brell 12/2002 Bitstrom FCS Flag Kap. 7 – Abb. 55 und 56 HDSL Blöcke I-Block Flag ADR STEU Text/Daten FCS Flag S-Block Flag ADR Datenkommunikation – (C) Claus Brell 12/2002 STEU FCS Flag Kap. 7 – Abb. 57 PPP – Phasendiagramm des Protokollautomaten Establish OPENED UP Dead Authenticate FAIL SUCCESS / NONE FAIL DOWN Terminate Datenkommunikation – (C) Claus Brell 12/2002 CLOSE Network Kap. 7 - Abb. 58 PPP Paket Aufbau PPPoE - Datenpaket Byte 1. Byte 2. Byte 3. Byte 4. Byte Bit-Nr. 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 Inhalt Protokollfeld = 0xc021 für LCP-Packet Code Identifier Length Nutzdaten Nutzdaten.....(Weiterführung) Datenkommunikation – (C) Claus Brell 12/2002 Kap. 7 – Abb. 60 Anwendung Transport Internet IP im OSI- und im Internet-Modell Anwendung (z.B. ftp, Web..) OSI 5-7 Transport-Protokoll (TCP oder UDP) OSI 4 IP OSI 3 Leitungsprotokoll (z.B. PPP) OSI 2 Bitübertragung (z.B. ISDN) OSI 1 Link Datenkommunikation – (C) Claus Brell 12/2002 Kap. 7 – Abb. 61 IP Datetenpaket IP Datagramm Byte 1. Byte 2. Byte 3. Byte 4. Byte Bit-Nr. 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 Inhalt Version IHL TOS Gesamtlänge Identifikation Flag Fragment Offset TTL Protokoll Checksumme des Headers Quelladresse Zieladresse Optionen Auffüllen Daten........ Datenkommunikation – (C) Claus Brell 12/2002 Kap. 7 – Abb. 62 IP-Adressen in verschiedenen grossen Netzen 10.1.1.66 10.1.1.67 10.1.1.1 Datenkommunikation – (C) Claus Brell 12/2002 10.2.12.4 10.2.1.1 10.2.8.9 10.2.64.2 Kap. 7 – Abb. 63 UDP Datagramm UDP Datagramm Byte 1. Byte 2. Byte 3. Byte 4. Byte Bit-Nr. 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 Inhalt Portnummer Quelle (Source Port) Portnummer Ziel (Destination Port) Länge (Length) Prüfsumme (Checksum) Daten (transparent, in Octets / Bytes) ........ Datenkommunikation – (C) Claus Brell 12/2002 Kap. 7 – Abb. 64 und 65 TCP-Datenpaket, Spezialbits TCP-Segment Byte 1. Byte 2. Byte 3. Byte 4. Byte Bit-Nr. 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 Inhalt Portnummer Quelle Portnummer Ziel Sequenz-Nummer Bestätigungs-Nummer (ACK) Offset reserviert Spezialbits (*) Fenster (Window) Checksumme "Urgent Pointer" Optionen Auffüllen Daten........ Spezialbits (*) Byte 1. Byte Bit-Nr. 0 0 0 0 0 0 1 2 3 4 Inhalt U A P R S R C S S Y G K H T N Datenkommunikation – (C) Claus Brell 12/2002 0 5 F I N Kap. 7 - Abb. 66 TCP Phasendiagramm Datenkommunikation – (C) Claus Brell 12/2002 Kap. 7 – Abb. 67 Protokollschachtelung Datenkommunikation – (C) Claus Brell 12/2002 Kap. 7 – Abb 72 TCP-IP-Testaufbau Datenkommunikation – (C) Claus Brell 12/2002 Kap. 7 – Testprogramme für TCP/IP-Netze Beschrieben in RFC 2151 für alle Betriebssysteme: ping traceroute und auch: Analyser-Software S. 194 ff. Datenkommunikation – (C) Claus Brell 12/2002 Kap. 7 – Software-Router fli4l: Diskettenrouter für (alte) PCs geringe Hardwareanforderungen auch ohne UNIX-Kenntnisse einsetzbar Weitere Möglichkeiten: Router unter LINUX aufsetzen NAT32 unter Windows S. 203 ff. Datenkommunikation – (C) Claus Brell 12/2002 Kap. 8 – Übersicht anwendungsorientierte Protokolle OSI-Protokolle: FTAM MHS / X.400 VT Dateitransfer elektronische Post Virtuelles Terminal Internet-Protokolle: FTP POP3 IMAP SMTP TELNET HTTP ..... Dateitransfer Email, Zugang zum Postfach Email, Zugang zum Postfach (neu) Email, Mail versenden Remote (UNIX-) Terminal World Wide Web-Protokoll viele „Hintergrundprotokolle“ S. 252 ff. Datenkommunikation – (C) Claus Brell 12/2002 Kap. 8 – http im OSI Referenzmodell Partner 1 7 6 5 Partner 2 Bezeichnung Bezeichnung Web-Browser MS Internet Explorer, Netscape Comunicator oder Opera..... 7 Router Web-Server MS Internet Information Server, Netscape Enterprise Server, Apache, Xitami... TCP TCP 4 http 6 5 4 TCP 3 IP IP IP IP 3 2 PPP PPP Ether- Ether- 2 1 ISDN ISDN net net 1 S. 261 Datenkommunikation – (C) Claus Brell 12/2002 Kap. 9 – Netze und Netzsicherheit Der erste Schritt: ein Datensicherheitskonzept Hilfe bietet: Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik Sicherheitstechnik für Netze: Paketfilter Proxy Firewall (Proxy zwischen zwei Paketfiltern) S. 275 Datenkommunikation – (C) Claus Brell 12/2002 Kap. 9 – Abb. 94 „Die richtige Firewall“ Client Server Proxy Eigenes, sicheres Netz PaketFilter ServerProzess ClientProzess PaketFilter Zielnetz S. 279 Datenkommunikation – (C) Claus Brell 12/2002 Kap. 9 – Das Internet Historie: 1969 ARPANET (nur Militär) 1980 NSFNET (auch Colleges) 1989 auch in Europa (RIPE) 1991 „Geburtsstunde“ des WWW 1994 Beginn der „Kommerzialisierung“ in Europa Technik: weltweiter Verbund von Computernetzen TCP/IP Protokollfamilie Organisation: Koordinierungsstelle: ISOC (Förderung des Info-Austausches) Ältestenrat: IAB (regelt Technik) InterNic: Verteilt Top-Level-Domains DENIC: verteilt de-Domains Datenkommunikation – (C) Claus Brell 12/2002 Kap. 10 – Client / Server Gartner-Group-Modell: Beschreibt Verteilung der Client- und Server-Softwarekomponenten Kommerzielle Entwicklungs- und Betriebsumgebungen: -ONC -DCE Trends: Ende der der 80er: Rightsizing (vom Mainframe zum PC) Mitte der 90er: der PC kann alles (Fette Clients) Ende der 90er: der PC kann manches (dünne Clients) Heute: Back to the roots: Web-basierte Konzepte Morgen: Anytime, Anywhere .... (mobile Konzepte für alles und jeden) Datenkommunikation – (C) Claus Brell 12/2002 7.4 - Ein Router verbindet drei Netze 195.72.5.0 Netz B Netz A 10.1.1.0 Netz C 10.5.8.0 Datenkommunikation – (C) Claus Brell 12/2002
