Kommunikationsnetze Kontakt Inhalt der Vorlesung Kommunikation
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Kontakt Prof. Dr. rer. nat. (habil.) Jochen Seitz Fakultät Elektrotechnik und Informationstechnik Institut für Informationstechnik Fachgebiet Kommunikationsnetze Telefon: (03677) 69 – 2614 Fax: (03677) 69 – 1143 E-Mail: [email protected] Folien, Kontrollfragen, Literaturhinweise: http://www.tu-ilmenau.de/kn unter → Lehre → Folien zur Vorlesung → Vorlesungen von Prof. Seitz → Kommunikationsnetze Kommunikationsnetze Prof. Dr. Jochen Seitz Fachgebiet Kommunikationsnetze Institut für Informationstechnik Fakultät Elektrotechnik und Informationstechnik [email protected] http://www.tu-ilmenau.de/kn/ Kommunikationsnetze -- 1. Einführung (WS 2006/07) Inhalt der Vorlesung 2 Kommunikation Eine gängige Beschreibung der Kommunikation ist das Sender-Empfänger-Modell: Kommunikation kann nur stattfinden, 1. Einführung 2. Prinzipien 3. Beschreibungsmethoden 4. Netzkopplung und -vermittlung 5. Fernsprechnetz und ISDN 6. Der interne Aufbau des digitalen Telefonnetzes 7. X.25 und Frame Relay / Das Intelligente Netz 8. Internet - Prinzipien / Übersicht 9. Mobilkommunikationsnetze 10. B-ISDN und ATM 11. xDSL wenn es (mindestens) zwei Teilnehmer an der Kommunikation gibt, wobei beide wechselseitig als Sender und als Empfänger handeln. Dabei ist es entscheidend, dass sich Sender und Empfänger über die Kodierung der übertragenen Nachrichten einig sind, um die empfangenen Signale korrekt interpretieren zu können. Quelle: Wikipedia Kommunikationsnetze -- 1. Einführung (WS 2006/07) 3 Kommunikationsnetze -- 1. Einführung (WS 2006/07) 4 Informations- und Kommunikationssysteme (IuK) Umbruch in der IuK-Technik Informationssystem Informationstechnologie Sicherheit • • • • • • Verarbeitungsaufgabe Telekommunikation Kommunikationssystem • • • • • • • • Kommunikationsaufgabe Informationssystem: ist auf den Austausch von und den Umgang mit Informationen ausgerichtet. Kommunikationssystem: konzentriert sich auf die ordnungsgemäße Abwicklung der Kommunikationsfunktionen innerhalb eines Informationssystems. Kommunikationsnetze -- 1. Einführung (WS 2006/07) Festnetzbetreiber Mobilfunknetzbetreiber Kabelfernseh-Netzbetreiber Rundfunknetzbetreiber Satellitenbetreiber Anlagen-Hersteller IP, ATM, ISDN, xDSL Vermittlungstechnik, Router T Sicherheit Mainframes Server PC PDA Handy Software Medien, Inhalteanbieter, Unterhaltungsindustrie I TIMES • • • • • • • • • M E Autoren, Rechtehändler Filmstudios Rundfunk- u. Fernsehkanäle Musikindustrie Verlage Spiele-Industrie Datenbankanbieter Nachrichtendienste Telekommerz Erlebnis Sicherheit 5 Entwicklungstrend: Mobile Kommunikation • • • • • • Fernseher Videorecorder Video- u. Digitalkameras HiFi Spielekonsolen Internetdienste Sicherheit Kommunikationsnetze -- 1. Einführung (WS 2006/07) 6 Mobilfunkteilnehmerzahlen „Jedermann (-frau), zu jeder Zeit, an jedem Ort (mit jeder Kommunikationsform)“ anybody, anytime, anywhere Schrittmacherrolle: Mobiltelefonie geschätzte 2 Milliarden Nutzer im Jahr 2007 hat Festnetztelefonie schon übertroffen Weltweite Abdeckung auch durch Satellitensysteme Alle Kommunikationsformen, mobiler Internetzugang, usw. Kommunikationsnetze -- 1. Einführung (WS 2006/07) 7 Kommunikationsnetze -- 1. Einführung (WS 2006/07) 8 Entwicklung der GSMTeilnehmerzahlen Verwendete Mobilfunktechnologien GSM-Kunden weltweit (in Millionen) Differenz zum Vorjahr 1200 991,2 1000 790,6 800 626,2 600 456,1 400 200 0,2 1,4 5 71,1 13 32,8 258,4 138,4 19 92 19 93 19 94 19 95 19 96 19 97 19 98 19 99 20 00 20 01 20 02 20 03 0 Kommunikationsnetze -- 1. Einführung (WS 2006/07) 9 Mobilität und Globalisierung i-Mode WAP weltweite Standardisierung Heute: global village anybody from anywhere at anytime quality of service digitaler Rundfunk (DAB, DVB-T) GSM, UMTS, IMT 2000, 3G, 4G, GPRS, EDGE wireless personal area networks (Bluetooth, ZigBee) ortsabhängige Dienste m-commerce Kommunikationsnetze -- 1. Einführung (WS 2006/07) voice over IP 11 Technische Geräte / technische Systeme kommunikationsfähig Beispiele: Navigation ubiquitous computing Telekommunikation zwischen Menschen im Vordergrund Zukünftig: Internet im Auto wireless local area networks (IEEE 802.11, HIPERLAN) 10 Entwicklungstrend: Technische Kommunikation Moderne Nachrichtentechnik – wireless multimedia Kommunikationsnetze -- 1. Einführung (WS 2006/07) Produktionseinrichtungen Tele-Diagnose, Tele-Wartung, Tele-Betrieb Kommunikation in/mit Fahrzeugen u.a. Verkehrstelematik Hausnetze Sicherheit, Haushaltsgeräte-Kommunikation, Heizungssteuerung, usw. Kommunikationsnetze -- 1. Einführung (WS 2006/07) 12 Entwicklungstrend: Ubiquitäre Informationstechnologien Entwicklung der Rechnernutzung Ubiquität Nichtgebundensein an einen Standort Überall erhältliches Gut Schlagwort Information Technology (IT) beyond the PC Persönliche Technologien Zugang zu IT-Diensten mit sich herumtragen Beispiele: Persönliche Digitale Assistenten (PDAs), Wearable Devices Informationsumgebungen Zugang zu IT-Diensten überall vorhanden Beispiele: Intelligente, kommunikationsfähige Geräte/Systeme, Aktive Gebäude (cooperative buildings) Ubiquitäre Unterstützung wirkt im Hintergrund, wird selbst aktiv, (teil-)autonom von Menschen. Kommunikationsnetze -- 1. Einführung (WS 2006/07) 13 Trends der Rechnernutzung nach Mark Weiser Mainframe-Ära PC-Ära Ubicomp-Ära ein Computer, viele Anwender ein Computer, ein Anwender ein Anwender, viele Computer Kommunikationsnetze -- 1. Einführung (WS 2006/07) 14 Konvergenz der Kommunikation Sprachkommunikation Sprachkommunikation EntertainmentEntertainmentKommunikation Kommunikation Mobile Mobile und und drahtgebundene drahtgebundene KommunikationsKommunikationsinfrastruktur infrastruktur Internetkommunikation Internetkommunikation Technische Technische Kommunikation Kommunikation Quelle: http://sandbox.xerox.com/weiser/ Kommunikationsnetze -- 1. Einführung (WS 2006/07) 15 Kommunikationsnetze -- 1. Einführung (WS 2006/07) 16 Entwicklungstrends in der Übersicht Grundlage: vernetztes System Backbone LAN 1 oc -h d a mobile Teilnehmer LAN 2 (drahtloses) LAN 3 Kommunikationsnetze -- 1. Einführung (WS 2006/07) 17 Komplexitätszunahme der Software am Beispiel von EWSDSystemen (Digitale elektronische Wählsysteme von Siemens, wie sie im öffentlichen Telefonnetz eingesetzt werden): 1960 1970 1980 1990 2000 60 MOI 40 MOI 30 MOI Apollo 20 MOI 10 MOI Mercury Gemini Space B-ISDN Shuttle (S9) geschätzt Lunar EWSD-APS USA Mission (Doku: 750.000 DIN-A4) Control EWSD-APS WM EWSD-APS DBP-14 250 200 Sprache IP-Verkehr 150 100 50 0 Quelle: Alcatel Telecommunication Review, 1998 MOI = Millionen Objekt-Code-Instruktionen Kommunikationsnetze -- 1. Einführung (WS 2006/07) 300 19 96 19 97 19 98 19 99 20 00 20 01 50 MOI 18 Ablösung des reinen Sprachverkehrs als Wachstumsträger % (auf das Jahr 1996 bezogen) Rolle der Software für Telekommunikationssysteme Kommunikationsnetze -- 1. Einführung (WS 2006/07) 19 Kommunikationsnetze -- 1. Einführung (WS 2006/07) 20 Beispiel eines realen Kommunikationssystems: Das Internet Daten- und Telefondienste Distanz zwischen Rechner im Rechensystemen selben 10 m 100 m 1km 10 km 100 km 1.000 km Aus: BMWi: „Entwicklungstrends im Telekommunikationssektor bis 2010“ [Prof. Dr. G.-U. Tolkiehn: VoIP: Der lange Weg zu Nutzen und Vorteilen für den Anwender] Kommunikationsnetze -- 1. Einführung (WS 2006/07) 21 Das Internet Internet gehört zu den heute und in absehbarer Zukunft größten und bedeutendsten weltweiten Kommunikationssystemen Kommunikationsnetze -- 1. Einführung (WS 2006/07) 22 1962 DoD (Department of Defense, „Pentagon“): Verteidigung hängt von der Kommunikation ab. 1967 ARPA (Advanced Research Project Agency) des DoD: Auftrag „Projektstudie ausfalltolerantes Paketnetz“ an SRI (Stanford Research Institute) 1969 Erstes „Internet“: 4 Hosts 1971 Betriebsaufnahme ARPAnet, das erste Internet-Backbone 1974 Neue Protokollsuite: TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) 1988 IP-Verbindung zum Internet aus Deutschland über EUnet-IRB Dortmund und XLink (eXtended Lokales Informatik-Netz Karlsruhe) 1991 EBONE: Europäisches Backbone 1995 Sun führt den HotJava Web-Browser und die fünf Jahre zuvor entwickelte Programmiersprache Java ein 1996 University Corporation for Advanced Internet Development — Internet2 1999 Zweites Internet2-Backbone: Abilene einer Menge von Computern, die die selbe Protokollfamilie TCP/IP verwenden; irgendwie (direkt oder indirekt) miteinander verbunden sind; gewisse Dienste anbieten oder benutzen, einer Menge von (menschlichen oder technischen) Nutzern, die vom Arbeitsplatz direkten Zugriff auf die angebotenen Dienste haben, einer Menge von weiteren, über Gateways erreichbaren Netzen. Fachgebiet Internet  Kopplung von unterschiedlichen Netzen auf der Basis gewisser Kommunikationsprotokolle Historie: Entwicklung des Internet Das Internet besteht aus Raum Gebäude Gelände MAN Stadt Land Kontinent LAN Umsatzanteile WAN Verhältnis von Sprachzu Datenverkehr Thüringen Deutschland Kommunikationsnetze -- 1. Einführung (WS 2006/07) Welt 23 Kommunikationsnetze -- 1. Einführung (WS 2006/07) 24 Schnelligkeit der Durchsetzung des Internet Dienste im Internet 110 Im Internet häufig genutzte Dienste: 100 World Wide Web — weltumspannendes Nachschlagewerk Basis „Hypertext Transfer Protocol“ HTTP Elektronische Post (E-Mail) — Austausch von digitalen (multimedialen) Nachrichten Basis „Simple Mail Transfer Protocol“ SMTP Dateitransfer — Abrufen oder Übermitteln von Dateien Basis „File Transfer Protocol“ FTP Netzwerkverwaltung — Überwachung und Kontrolle von vernetzten Systemen Basis „Simple Network Management Protocol“ SNMP Kommunikationsnetze -- 1. Einführung (WS 2006/07) 90 Zahl der angeschlossenen Haushalte in den Vereinigten Staaten (in Millionen) 80 70 60 50 40 Radio Kabelfernsehen 30 20 Fernsehen 10 0 25 Geschätzte Anzahl von Internet-Hosts in Europa bzw. Deutschland Internet/Online 1982 1950 1922 (Quelle: Bertelsmann) 1994 Kommunikationsnetze -- 1. Einführung (WS 2006/07) 26 Grundmodell der Telekommunikation Sender Dienstschnittstelle Empfänger Dienstzugangspunkt Nachricht Medium RIPE (Réseaux IP Européens) Deutschland räumliche Distanz Mai 2005 Jan. 1992 Quelle:(WS DENIC eG Kommunikationsnetze -- 1. Einführung 2006/07) (http://www.denic.de/), 09/200527 Teilnehmer agieren als Sender oder Empfänger. Die Dienstnutzung durch Teilnehmer erfolgt an einer speziellen Dienstschnittstelle unter Nutzung eines Dienstzugangspunkts. Durch das Medium wird die räumliche Distanz überbrückt. Kommunikationsnetze -- 1. Einführung (WS 2006/07) 28 Überblick über Dienste und Protokolle Charakterisierung von Diensten Charakterisierung Dienstnehmer Diensterbringer Dienstleistung Verfeinerung Dienstfunktion Dienstprozedur Dienstprimitiv Arten Kommunikationsdienste Telekommunikationsdienste Datenhaltungsdienste Dienst Qualität Protokoll Charakterisierung Ablauffestlegung Formatfestlegung Arten Dienstnehmer-Dienstgeber Gleichgestellte Kommunikationsnetze -- 1. Einführung (WS 2006/07) 29 Verfeinerung Der Dienst wird von einem Diensterbringer angeboten. Ein Dienst wird im Rahmen einer Dienstleistung erbracht, die ihrerseits unterschiedliche Eigenschaften (z.B. bestätigt, unbestätigt) aufweist. Eine Dienstleistung umfasst somit die Abwicklung eines Auftrags, welcher im Rahmen des Dienstes spezifiziert ist. DienstDienstnehmer nehmer Dienstleistung DienstDiensterbringer erbringer Kommunikationsnetze -- 1. Einführung (WS 2006/07) 30 Dienstqualität Nicht nur Funktionalität, sondern auch Qualitätsparameter sind maßgeblich für Kommunikationsdienste: Innerhalb eines Dienstes können einzelne Dienstfunktionen unabhängig voneinander in Anspruch genommen werden. Beispiel World Wide Web: Dienstfunktionen sind Abrufen von HTML-Seiten, das Herunterladen von Dateien, das Ausfüllen von Formularen, das Suchen nach Begriffen, etc. Eine Dienstfunktion setzt sich aus einer Reihe von Einzelvorgängen, den Dienstprimitiven, zusammen. Beispiel World Wide Web: Für das Ausfüllen eines Formulars im WWW muss mittels HTTP-Get die entsprechende HTML-Seite geladen, die Formularfelder ausgefüllt und die ausgefüllte Seite mittels HTTP-Post abgeschickt werden, worauf der Erfolg mittels HTTP-Response bestätigt wird. Die Zusammensetzung einer Dienstfunktion aus ihren Dienstprimitiven wird Dienstprozedur genannt. Dienste können in einer Dienstehierarchie angeordnet werden, so dass ein Dienst auf anderen Diensten aufbaut. Kommunikationsnetze -- 1. Einführung (WS 2006/07) Ein Dienstnehmer nimmt einen Dienst in Anspruch. Quality of Service Qualitätsparameter lassen sich grob fünf Hauptaspekten zuordnen: 31 Angemessenheit Eignung des Dienstes für das vorgesehene Einsatzgebiet Technische Leistung z.B. Laufzeit, Antwortzeit, Sende- und Empfangsrate, Durchsatz Kosten Investitions- und Betriebskosten zur Erbringung des Dienstes Zuverlässigkeit Verhinderung von störenden Einflüssen Schutz Verhinderung von bewussten Eingriffen Kommunikationsnetze -- 1. Einführung (WS 2006/07) 32 Charakterisierung eines Protokolls Dienst und Protokoll - Übersicht Ein Kommunikationsprotokoll beschreibt einen Satz von Regeln, nach denen die Kommunikation zwischen zwei oder mehreren Beteiligten abgewickelt werden muss. Dienstnehmer 1 Dienstnehmer 2 Dienst Dienst Kommunikationsprotokolle z.B. Diskussionsrunde, Gespräch Rechnerkommunikationsprotokolle z.B. Dateitransfer, elektronische Post OSI - Protokolle Diensterbringer 1 Protokoll Diensterbringer 2 TCP/IP - Protokolle Kommunikationsnetze -- 1. Einführung (WS 2006/07) 33 Literatur KRÜGER, G.: Unterlagen zur Vorlesung Telematik. Universität Karlsruhe (TH): Institut für Telematik, Wintersemester 2000/01. http://www.tm.uka.de/lehre/WS0001/vorlesungen/V_TM.html. KRÜGER, G.; RESCHKE, D. (Hrsg.): Lehr- und Übungsbuch Telematik: Netze – Dienste – Protokolle. 3. aktualisierte Auflage. München, Wien : Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag, 2004. – ISBN 3-446-22862-4 LOCKEMANN, P.C.; KRÜGER, G.; KRUMM, H.: Telekommunikation und Datenhaltung. München, Wien : Carl Hanser Verlag, 1993. – ISBN 3-446-17465-6. PETERSON, L.; DAVIE, B.S.: Computernetze — Eine systemorientierte Einführung. Heidelberg : dpunkt.verlag, 2004. – ISBN 3-89864-242-9 SEITZ, J.; DEBES, M.; HEUBACH, M.; TOSSE, R.: Digitale Sprach- und Datenkommunikation. Netze - Protokolle – Vermittlung. München, Wien : Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag, 2007. – ISBN 3-446-22979-5. TANENBAUM, A.S.: Computernetzwerke. 4. überarbeitete Auflage. München; San Francisco; Harlow (England) : Pearson Studium / Prentice Hall, 2003. – ISBN 38273-7046-9 Kommunikationsnetze -- 1. Einführung (WS 2006/07) 35 Kommunikationsnetze -- 1. Einführung (WS 2006/07) 34
