Grundlagen der Telekommunikation und Multi
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Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit Grundlagen der Telekommunikation und MultiMedia Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 1 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation Grundlagen der Telekommunikation • Entwicklungstendenzen • Internet • WWW • Multimedia • Referenzmodelle, Protokolle und Dienste • Standards, Topologien und Technologien Lit.: Müller, G.: et.al. 2003, Kap. 2, S. 23 – 50, Kap. 3, S. 193 - Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 211 2 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation Grundlagen der Telekommunikation • Entwicklungstendenzen • Internet • WWW • Multimedia • Referenzmodelle, Protokolle und Dienste • Standards, Topologien und Technologien Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 3 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation Architekturen und Ebenen ISO/OSI TCP/IP Standards & Protokolle Application Layer Presentation Layer Application Layer FTP, SMTP, HTTP, TELNET, NEWS, GOPHER Session Layer Transport Layer Host-To-Host Transport Layer Network Layer Internet Layer Data Link Layer Network Access Layer Physical Layer Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg TCP, UDP IP ARP, IP over Ethernet, IEEE 802.3, X.25 4 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation Phasen der Rechnerentwicklung Innovation Jahre Primäreffekte Sekundäreffekte 1. Phase Rechner 30er Schnelle Berech nung gro ßer D at enmengen Ration alisierung der Wis sen sch aft 2. Phase Rechenanlagen 60er Verbilligung der Rechen z eit durch M eh rfachnut z ung 3. Phase PC 80er 4. Phase Internet 90er Individ ualis ierung u nd D ez ent ralis ierung W eit ere K ost en reduz ierung B enut z erfreund lichkeit Int egrat ion w eit erer M edien G lo bale K ommunik at ion A ut omat is ierung vo n Verw alt ungs abläufen Sammlung von Verw alt ungs dat en U nt erst üt z ung disp osit iver A bläufe M ult imediale In formatio nsdars tellung Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg ? 5 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation Geschichte der Rechnernetze 1950 Hauptspeicher 64 KB BATCH-Betriebssystem, Einbenutzerbetrieb Programmierung in Assembler Peripherie: Lochstreifen 1960 Hauptspeicher 64 KB (Magnetkerne) BATCH, Multiprogramming, I/O-Kanäle PORTRAN, COBOL Magnettrommel, Magnetplatte, Magnetband, Lochkarten 1970 Hauptspeicher 2 5 6 K B (Halbleiter/Magnetkerne) Virtueller Speicher, Paging Time-Sharing-Betriebssysteme Terminals für Systemprogrammierer Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 6 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation Geschichte der Rechnernetze (2) 1980 Hauptspeicher 1 MB (Halbleiter) Time-Sharing + TP-Monitor Terminal-Netze über Standleitungen Transaktionsverarbeitung On-Line am Terminal Magnetplatte, Magnetband 1990 Leistungsstarke Arbeitsstationen (PCs) mit 16 MB Hauptspeicher,10 MIPS, 1 M Bildpunkte Abteilungsrechner mit 100 MIPS Benutzerfreundliche Programme auf PCs UNIX, WINDOWS, MAC, LINUX PASCAL, C LAN, HSLAN, MAN, ISDN, X-25 2000 B-ISDN, ADSL Mobilität – Phase 1 (UMTS, WLAN Spontane Vernetzung und Miniaturisierung – Phase 2 Mobiles, Ubiquitous, Pervasive, autonomes Computing „OBJEKTE WERDEN SMART“ Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 7 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation Potentialfunktion der Telematik Reichweite Potentialfunktion dynamisch, ad-hoc statisch, unternehmensübergreifend unternehmensintern lokal, betriebsintern Mächtigkeit Nachrichten Dienstabruf Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg Betriebsmittelnutzung Prozeßkoordination 8 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation Grundlagen der Telekommunikation • Entwicklungstendenzen • Internet – – – – Entwicklung des Internets Heterogene Netzwerktechnologien Client-Server-Prinzip Domain-Name-System • WWW • Multimedia • Referenzmodelle, Protokolle und Dienste • Standards, Topologien und Technologien • Middleware – Neue Standards Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 9 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation Internet und WWW • "the Internet is the entirety of all computers which are interconnected (using various physical networking technologies) and employ the Internet protocol suite on top of their networking systems” – Netzwerktechnologie / Client-Server-Prinzip – Domain Name Service • "the World Wide Web (WWW) is a distributed hypermedia system which is built on top of some of the services provided by the Internet” – Hyper = Verlinkung – Media = Multimedia – URI / URL Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 10 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation Entwicklung des Internets (1) • Ziel: US-Verteidigungsministerium wollte ein Netz, das einen Atomkrieg zu überleben im Stande sein soll. • Gründung der ARPA (Advanced Research Projects Agency) mit dem Ziel, vielversprechende Technologien dem Militär zugänglich zu machen. • • ARPA arbeitete eng mit Universitäten zusammen. Aufbau eines paketvermittelten Netzes, das verschiedene Netzwerke miteinander verband. • 1969 experimentelles Netz mit 4 Knoten an Universitäten. • 1972 Netz mit 35 Knoten, USA überspannend. • 1974 Entwicklung des TCP/IP-Protokolls durch Kahn und Cerf. • 1983 wurde TCP/IP zum Standard für das ARPANET. Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 11 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation Entwicklung des Internets (2) • 1990 wurde das APRANET geschlossen und durch das NSFNET (US National Science Foundation) ersetzt. • Schrittweise Öffnung des Netzes – Immer mehr Personen und Länder, aber auch privat betriebene Netze erhielten einen Zugang zum NSFNET. – Die Benutzerzahl stieg stark an. • 1990 bestand das Internet bereits aus 3.000 Netzen mit über 200.000 Rechnern. • Wachstumsrate ca. 100% p.a. • 1992 Gründung der Internet Society. • Massentauglich wurde das Internet durch die Erfindung der Hyperlinks, durch die das WWW entstand, sowie durch die Einführung von leicht bedienbaren Browsern (s.u.) Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 12 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation Heterogene Netzwerktechnologie (1) Peer-to-Peer Netzwerk - z.B. LAN Zentralrechnerkonzept - z.B. SNA (IBM) Client-Server Prinzip - z.B. Internet Siehe Telematik I, Kap. 7: Client-Server Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 13 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation Heterogene Netzwerktechnologie (3) Wie können unterschiedliche Netze miteinander verbunden werden? • Verbindung homogener Teil- oder Subnetze durch sogenannte Router (auch paketvermittelnde Knoten, Zwischensysteme oder Datenvermittlungsstellen genannt) • Verbindung heterogener Teilnetze durch sogenannte Gateways, die die „Übersetzung“ übernehmen. • Definition von Netzarchitektur, Protokollstapeln und Protokollen notwendig ð Schichtenmodell ð TCP / IP - Referenzmodell Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 14 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation Grundelement: Client-Server Prinzip (1) Im Internet werden Rechner nach dem Client-Server-Prinzip miteinander vernetzt. Server: Client: • Spezialisiertes Programm für viele gleichzeitige Clients • beim Booten automatisch aufgerufen Nutzeraufruf, nur für eine Sitzung • läuft auf „shared computer“ • läuft lokal • wartet auf Kontakt • initiiert Kontakt mit Server • normalerweise mächtige Hardware • viele Server auf einem Rechner möglich • allgemeines Anwendungsprogramm • wird zum Client durch Dienstaufruf • Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 15 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation Client-Server Prinzip (2) Anfrage Zustandslos: Aufruf – Antwort Antwort Client Server (Bsp.: HTTP) Client Zustandsbehaftet: Verbindung Client Server (Bsp.: SSH) Client Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 16 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation Grundelement: Domain Name System (1) Wie werden Clients und Server im Internet eindeutig bezeichnet und auffindbar? Der Namensraum für das Internet ist definiert durch: • IP-Adressen – Internet-Protocol-Adressen – 32-Bit Nummern (4x8 Bit) – Bsp.: 132.230.16.1 • Domain Name System – hierarchische Namen • besser zu merken (anwendungsorientiert) durch logische Namensgebung (www, ftp, mail) • längere Gültigkeit als Nummern (Reorganisationen) – Bsp.: www.iig.uni-freiburg.de – Abbildung des Namens auf eine IP-Adresse notwendig Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 17 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation Domain Name System (2) "The name of a resource indicates what we seek, and an address indicates where it is.” (Shoch) DNS request: Übermittlung der URL DNS response: Übermittlung der IP-Adresse ð Aufgelöste URL (IP-Adresse) dient zum Verbindungsaufbau zwischen Browser (Client) und Server DNS Server 1. DNS request 2. DNS response HTTP Server 3. HTTP request 4. HTTP response Browser Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 18 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation Domain Name System (3) Die Domain Names im Internet sind hierarchisch organisiert. • Top-Level Domains – Verwaltung und Vergabe durch ICANN (Internet Corporation for Assigned Names and Numbers) – Ländercodes nach ISO 3166 (z.B. .de, .at, .li, ...) – generic Top-Level-Domains (.edu, .com, .org, .net, ...) – sieben neue generic Top-Level-Domains (.aero, .biz, .coop, .info, .museum, .name, .pro) • Sub Domains – Dezentrale Verwaltung durch jeweiligen „Inhaber“ der Top-Level Domain. Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 19 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation Domain Name System (4) Beispiel: Top-Level-Domain: www.uni-freiburg.de Sub-Domain: www.iig.uni-freiburg.de .de Server am IIG IIG cognition modell telematik Prinzipien der Aufteilung: • Lokalität • Links zwischen Servern • Namensresolution • Aliases und Vielfachtypen Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg (Root-Server) Server der Univ. Freiburg Uni FR VWL Jura Informatik 20 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation Grundlagen der Telekommunikation • Entwicklungstendenzen • Internet • WWW – – – – – Entwicklung Hypermedia URI / URL HTTP Markup / HTML • Multimedia • Referenzmodelle, Protokolle und Dienste • Standards, Topologien und Technologien • Middleware – Neue Standards Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 21 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation Entwicklung des WWW Entstehung des World Wide Web: • CERN, Genf, 1989, Tim Berners Lee (Physiker): – – – – Ziele: Wissenschaftliche Dokumente online sichtbar machen Hypertext, Dokumentformat HTML, Protokoll HTTP Erster Browser und Server 1990 Leiter des WWW-Konsortiums (W3C) • NCSA, Urbana-Champaign (Illinois), 1992, M. Andreessen: – Erster GUI-Browser: Mosaic (1993) – Nachfolger: Netscape 1.0 (1994) • 1990: erste Implementierung Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 22 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation WWW als Hypermedia-System ð "Hyper" kommt durch die Verlinkung, • Hypertext Dokumente – keine sequentielle Präsentationsreihenfolge – Dokument als Menge verbundener Ressourcen • Format der Ressourcen • Format der Verbindungen (Links) – erste Systeme waren rein textbasiert – zunehmende Bedeutung des Betrachters • keine eindeutige Präsentation vorgegeben • aktive Navigation statt passive Präsentation ð "Media" durch Multimediafähigkeit. • Multimedia Dokumente – Integration verschiedener Medientypen Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 23 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation Anforderungen an Hypermedia (1) Probleme, die für den Einsatz eines Hypermedia-Systems wie dem WWW gelöst werden müssen: Inhalt/ Präsentation Identifikation Information Information Bla bla bla Bla blabla Bla bla bla InformationBla Bla bla bla blabla Bla Information blabla Bla bla bla Bla blabla Zugriff Client Server Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 24 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation Anforderungen an Hypermedia (2) • Tragfähige Infrastruktur (Netz, Hosts) • Ressourcen-Identifikation oder "how to name a document“ – eindeutige Kennzeichnung – Auffindbarkeit in global verteilter Umgebung ð Uniform Resource Identifier (URI), Ressourcen-Zugriff oder "how to get a document“ – Zugriff mit allgemein unterstütztem Verfahren – einfache Methode (überall implementiert) ð Hypertext Transfer Protocol (HTTP), Ressourcen-Inhalt oder "the document format for hypertext“ – allgemein verständliches Format – Einbettung von Referenzen auf Ressourcen – Unterstützung für verschiedene Typen von Ressourcen (Multimedia) ð Hypertext Markup Language (HTML) Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 25 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation Universal Resource Identifier Ressourcen-Identifikation oder "how to name a document“ im WWW durch den Universal Resource Identifier (URI) • Ziele: – Erweiterbarkeit (neue Zugriffsmethoden) – Vollständigkeit – Druckbarkeit (Austausch und Niederschrift, ASCII) • Realisierung durch Aufteilung der URI in zwei Teile: – URI „schemes“ (Schema) • definieren eine Art der Identifizierung • definieren Identifizierung innerhalb des schemes – URI „scheme specific parts“ (Schemaspezifischer Teil) • Bedeutung hängt vom scheme ab • einige allgemeine Festlegungen zur Syntax Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 26 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation URI-Schema: URL (1) Der Uniform Resource Locator (URL) ist ein URI-Schema, das im WWW zur Ressourcen-Identifikation eingesetzt wird. • URL ist eine spezielle Form einer URI • URL besteht aus: – einem Schema – einem Schema-spezifischen Teil • URL (à) Syntax ist in RFC 1738 und RFC 1808 definiert • Aufbau einer URL: Protokollname :// Rechnername : Port / Dokumentname Bsp.: http://132.230.16.32:80/telematik http://www.iig.uni-freiburg.de/telematik Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 27 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation URL Schemata / Protokolle (2) Im URL-Schema stehen verschiedene Protokolle zur Verfügung: • http (Hypertext Transfer Protocol) / Übertragungsprotokoll des WWW • ftp (File Transfer Protocol)/File-Übertragung gemäß RFC 959 • https (HTTP over SSL) – sichere Variante von HTTP – basiert auf Secure Sockets Layer (SSL) • news (Usenet news) / Newsgroups oder Artikel nach RFC 977 • mailto (electronic mail) – Mailadresse gemäss RFC 822 – Versenden mittels SMTP (RFC 821) • ... Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 28 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation Nachteile von URLs (3) • Abhängigkeit vom Rechner • Abhängigkeit vom Namen des Rechners • Abhängigkeit vom Server-Layout • verbreitete Gründe für ungültige URLs – Änderung des Namens auf dem Server – Änderung des Server-Namens – Verschiebung auf einen anderen Server • naheliegende Lösung: Naming Service (URN) – ermöglicht Unabhängigkeit von Adressen (URLs) – stellt eine zusätzliche Adressumleitung dar. Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 29 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation URI, URL, URN (4) Für URI existieren zur Zeit zwei schemes: • Uniform Resource Locator (URL) – RFC 1738 – siehe oben... • Uniform Resource Name (URN), – RFC 1737 – Bereitstellung global eindeutiger, dauerhafter Identifier für Ressource – Infrastruktur noch in den Kinderschuhen Uniform Resource Locator (URL) Uniform Resource Name (URN) Universal Resource Identifier (URI) Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 30 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation Hyper Text Transfer Protocol (1) Ressourcen-Zugriff oder "how to get a document“ im WWW durch das Hypertext Transfer Protocol (HTTP) • HTTP ist das dem WWW zugrundeliegende (Netzwerk-) Protokoll. • HTTP hat die Aufgabe, HTML-Dokumente, Images und andere Daten zu übertragen. • HTTP ist ein asymmetrisches Request/Reply-Protokoll, das auf dem Client/Server-Modell basiert. • HTTP ist verbindungsorientiert und basiert auf TCP. Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 31 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation HTTP Interaktions-Schema (2) • Verbindungsaufbau Client – Aufbau TCP-Verbindung vom Client zum Server – normalerweise Port 80 des Servers • Request vom Client zum Server – Auswahl einer Methode (siehe unten) – zusätzliche Parameter zur Methode – evtl. Nutzung eines Proxy-Servers (siehe unten) • Response vom Server zum Client – Resultat in Form einen Statuscodes – zusätzliche Parameter zum Resultat • Verbindungsabbau Server – normalerweise Abbau der Verbindung – neue Versionen (ab HTTP/1.1) können die Verbindung länger offen lassen Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 32 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation HTTP - Request-Methoden (3) Request vom Client zum Server / Methodenwahl: • OPTIONS fragt Fähigkeiten des Servers ab • GET holt eine Ressource vom Server • HEAD liefert nur die Metainformationen zu einer Ressource • PUT speichert eine Ressource • POST liefert eine Menge von Daten an eine Ressource (CGI-Script) • DELETE löscht eine Ressource • TRACE ermöglicht das Verfolgen der Bearbeitung von Requests Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 33 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation HTTP - Proxy-Server HTTP Server 4. HTTP request DNS Server 1. DNS request 2. DNS response 5. HTTP response HTTP Proxy 3. HTTP request 6. HTTP response Browser Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 34 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation HTTP - Proxy-Server Aufgaben eines Proxy-Servers • Caching für eine Menge von Benutzern – typischerweise Platzierung vor einem Bottleneck – ISPs können gut profitieren von Caches – Nachteil: Cache muss explizit konfiguriert werden • Platzierung in einem Firewall (Teil des Firewall) – – – – Entscheidungen auf Applikationslevel möglich Weiterleiten/Akzeptieren unbedenklicher Requests ermöglichen lückenlose Kontrolle der Aktivitäten aus Datenschutzsicht bedenklich ð Konfiguration eines Proxy sehr einfach ð aber: Cache-Konfiguration ständig überprüfen Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 35 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation HTTP - Sicherheit Transportinfrastruktur im Internet ist unsicher, der Aufbau einer sicheren Transportinfrastruktur durch Secure Sockets Layer (SSL) ist möglich. • SSL definiert ein Protokoll mit den Eigenschaften – Verbindungssicherheit – Optionale Authentifizierung • Anonymität • Server-Authentifizierung • Authentifizierung beider Parteien – Zuverlässigkeit einer Verbindung • Ziele von SSL – Kryptografische Sicherheit – Interoperabilität – Erweiterbarkeit Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg Anwendung (z.B. Browser) HTTP SSL Internetschicht (TCP/IP) Netzwerkschicht 36 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation Grundlagen der Telekommunikation • Entwicklungstendenzen • Internet und WWW • Multimedia – – – – – Grundbegriff „Medium“ Perzeptionsmedium Medientypen in der Informatik Eigenschaften „Multimedia“ Einsatz von Multimedia • Referenzmodelle, Protokolle und Dienste • Standards, Topologien und Technologien • Middleware – Neue Standards Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 37 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation Multimedia Multimedia ist ein altes Konzept der Informationsvermittlung Illustrationen (Bilder, Graphiken) in Büchern (umgangssprachlich) aber: problematisch für automatisierte Verfahren Technische Definition nach Steinmetz: „Ein Multimediasystem ist durch die rechnergesteuerte, integrierte Erzeugung, Manipulation, Darstellung, Speicherung und Kommunikation von unabhängigen Informationen gekennzeichnet, die in mindestens einem kontinuierlichen (zeitabhängigen) und einem diskreten (zeitunabhängigen) Medium kodiert sind.“ Beachte: Umgangssprachlich werden bereits Systeme, in denen zwei verschiedene Medientypen (z.B. Text und Bild) verarbeitet werden können, Multimedia-Systeme genannt! Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 38 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation Grundbegriff „Medium“ (1) Es existieren verschiedene Charakterisierungen für den Begriff „Medium“: • Perzeptionsmedium • Repräsentationsmedium • Präsentationsmedium • Speichermedium • Übertragungsmedium • Informationsaustauschmedium Im Rahmen der Vorlesung wird hauptsächlich die abstrakte Darstellung von Repräsentationsmedien behandelt. ð Ausführlich in Kapitel „2. Medientypen“ Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 39 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation Grundbegriff „Medium“ (2) • (è) Perzeptionsmedium: – Wie nimmt der Mensch Informationen auf? – Abgeleitet von den menschlichen Sinnen: Hören und Sehen • hören ð auditive Medien: Musik, Geräusch, Sprache • sehen ð visuelle Medien: Text, Animation, Bewegtbild • Repräsentationsmedium: – Wie wird Information im Rechner kodiert? – Beispiele: • • • • Text (ASCII-Kodierung) Audiodatenstrom (PCM -Kodierung) Einzelbild (JPEG-Format) Kombinierte Audi-Videosequenz (PAL, SECAM oder MPEG) Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 40 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation Grundbegriff „Medium“ (3) • Präsentationsmedium: – Über welches bzw. mit Hilfe welches Mediums wird Information von einem Rechner ausgegeben oder in einen Rechner eingelesen? ð Schnittstelle Information-Rechner – Ausgabemedien: Drucker, Bildschirm, Lautsprecher – Eingabemedien: Tastatur, Kamera, Mikrofon, Maus • Speichermedium: – Wo bzw. worauf wird die Information gespeichert? – Beispiel: • • • • • Papier Mikrofilm Diskette Festplatte CD-ROM Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 41 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation Grundbegriff „Medium“ (4) • Übertragungsmedium: – Worüber wird Information übertragen? – Beispiel: • Koaxialkabel • Glasfaser • Luft • Informationsaustauschmedium: – Welcher Informationsträger wird für den Austausch von Informationen zwischen verschiedenen Orten verwendet? • Speichermedien (bei Zwischenspeicherung) • Übertragungsmedien Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 42 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation Perzeptionsmedium (1) Perzeptionsmedium oder „Wie nimmt der Mensch Informationen auf“? Perzeptionsmedien werden in Darstellungsräumen präsentiert: – visuelle Darstellungsräume: • Papier • Bildschirm • Leinwand – akustische Darstellungsräume • Raum Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 43 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation Perzeptionsmedium (2) Darstellungsräume verfügen über Darstellungsdimensionen: – räumliche Dimension: • Bildschirm (2 Dimensionen) • Holographie, Stereophonie (3 Dimensionen) – (è) zeitliche Dimension: • zeitunabhängig • zeitabhängig – kontinuierliche – nicht kontinuierlich Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 44 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation Perzeptionsmedium (3) Zeitliche Dimension der Darstellungsdimensionen von Darstellungsräumen: • Zeitunabhängige (diskrete) Medien: – Darstellung und Verarbeitung nicht von der Zeit abhängig – Beispiel: Text, Bild, Grafik • Zeitabhängige Medien: – Information steckt nicht nur im einzelnen Wert, sonder auch im Zeitpunkt des Auftretens – Darstellung und Verarbeitung ist von der Zeit abhängig – Einteilung in kontinuierliche und nicht kontinuierliche Medien • Kontinuierliche Medien: – Kontinuierliche Sequenzen von Informationen – Beispiel: Video, Audio • nicht-kontinuierliche Medien: – Beispiel: „Maus-Tracking“ Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 45 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation Medientypen in der Informatik In der Informatik unterscheidet man zwischen zwei Klassen von Medientypen: • zeitunabhängige und 2-dimensional darstellbar • alle andere Medientypen – zeitabhängige Medientypen erfordern Dynamik • Darstellung als Abspielen (Play/Pause/Stop/) • Interaktion mit dem Betrachter wird wichtiger Faktor – nicht 2-dimensional darstellbare Medientypen • Audio erfordert andere Ausgabegeräte • 3D-Medientypen erfordern spezielle Präsentation Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 46 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation Multimedia: Begriffsdefinition „Ein Multimediasystem ist durch die rechnergesteuerte, integrierte Erzeugung, Manipulation, Darstellung, Speicherung und Kommunikation von unabhängigen Informationen gekennzeichnet, die in mindestens einem kontinuierlichen (zeitabhängigen) und einem diskreten (zeitunabhängigen) Medium kodiert sind.“ Quelle: Steinmetz, Ralf: Multimedia-Technologie: Einführung und Grundlagen. 1995 Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 47 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation Multimedia: Eigenschaften (1) Steinmetz: „... Erzeugung, Manipulation, Darstellung, Speicherung und Kommunikation...“ • Erzeugung, Manipulation ð Programmierung • Darstellung ð externe Repräsentation • Speicherung ð persistente Speicherung • Kommunikation ð Austausch/Übermittlung Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 48 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation Multimedia: Eigenschaften (2) rechnergesteuert kontinuierlich Kommunikation unabhängig Integration Manipulation Speicher diskret Präsentation Quelle: nach Hertwich, Steinmetz 1992 Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 49 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation Multimedia: Eigenschaften (3) • Kombination von Medien: System muss mindestens ein diskretes und mindestens ein kontinuierliches Medium verarbeiten können (Textverarbeitungsprogramm mit eingebundenen Bildern ist keine Multimedia-Anwendung). • Unabhängigkeit von Medien: Medien müsse einzeln verarbeitet werden können (Gegenbeispiel: computergesteuerter Videorecorder zeichnet Audio- und Bewegtbildinformation parallel auf – zwischen ihnen besteht ein fester zeitlicher Bezug. • Rechnergestützte Integration von Medien: Medien müssen in zeitliche, räumliche und inhaltliche Beziehung gesetzt werden können. Beispiel: Textverarbeitungsprogramm, das auch die inhaltlichen Abhängigkeiten zwischen den verschiedenen Daten unterstützt. Gegenbeispiel: Textverarbeitungsprogramm, das Texte, Tabellenkalkulation und die Darstellung von Grafiken unterstützt. • Kommunikationsfähige Systeme: Medien können nicht nur auf einem Rechner erzeugt, verarbeitet, dargestellt und gespeichert werden, sondern auch über Rechnergrenzen hinweg ausgetauscht werden. Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 50 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation Multimedia: Interaktionsformen Interaktionsformen Mensch-Computer-Interaktion - Austausch von Informationen zwischen einem Menschen und einem technischen System Mensch-Medien-Interaktion Mensch-zu-Mensch-Interaktion - Der Computer dient als Mittler, nicht als Rechner strukturierter Aufgaben. - Kommunikation zwischen Menschen, die physikalisch nicht am selben Ort sind bzw. asynchron kommunizieren wollen. Mensch-Maschine-Symbiose Verbundene Schnittstellentechnologien und Begriffe Lochkarten, Tastatur, Kommando- und Befehlssprachen, Maus, Menütechnik, WYSIWYG, Icons, Track-Ball, Piktogramme, Windowtechnik Datenhandschuh, sprachgebundene Datenein-gabe, Datenhelm, Audio, Video, Multimedia Multimedia, virtuelle Realität, CSCW, Groupware, Audio, Video Personal Computing als Erweiterung der intellektuellen Fähigkeiten Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 51 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation Realisierung von Multimedia Leistung [Mbit/s] B-ISDN/ATM 1000 100 10 FDDI, DQDB MBS Ethernet Token Ring UMTS lokale Funknetze 1 ISDN 0,1 Datex-P/X.25 GSM Modacom 0,01 Mobilität Daten Größe 64 Kb/s Text (1 Seite) Sprache (1 Sek) Graphiken (640x480x8) Audio-CD (1 Sek) TV (1 Sek) TV Mpeg-2 (1 Sek) 2 KB 8 KB 300 KB 150 KB 12 MB 0.5 - 2 MB 0.3 Sek 1 Sek 37.5 Sek 18.8 Sek 25.6 Min 1.1 - 4.3 Min Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 10 Mb/s 0 Sek 0 Sek 0.2 Sek 0.1 Sek 9.6 Sek 0.4 - 1.6 Sek 52 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation Grundlagen der Telekommunikation • Entwicklungstendenzen • Internet und WWW • Multimedia • Referenzmodelle, Protokolle und Dienste • Standards, Topologien und Technologien • Middleware – Neue Standards Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 53 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation Die Protokollfamilie TCP/IP ISO/OSI TCP/IP Standards & Protokolle Application Layer Presentation Layer Application Layer FTP, SMTP, HTTP, TELNET, NEWS, GOPHER Session Layer Transport Layer Host-To-Host Transport Layer Network Layer Internet Layer Data Link Layer Network Access Layer Physical Layer Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg TCP, UDP IP ARP, IP over Ethernet, IEEE 802.3, X.25 54 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation Charakteristika der Internetprotokolle • Protokolle sind offene Standards (Internet RFCs) • Weitläufige Unterstützung der Protokolle => Verbindung unterschiedlicher Hardware ist kein Problem • Unabhängigkeit vom physischen Netzwerk (TCP/IP ist über Ethernet, TokenRing, eine konventionelle Telefonleitung oder eine X.25-Verbindung einsetzbar) • Weltweit einheitlicher Adressierungsmechanismus • Standardisierte Protokolle auf Anwendungsebene (SMTP, HTTP) => herstellerunabhängige, konsistente, weitverbreitete Dienste. Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 55 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation Technisches Abstraktionsmodell Rechner 1 Rechner 2 Anwendungsfunktion Anwendungsprotokolle Anwendungsfunktion Kommunikationsfunktion Kommunikationsprotokolle Kommunikationsfunktion Medienfunktion Medienprotokolle Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg Medienfunktion 56 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation Wirtschaftliches Schichtenmodell Aufbau der Schichtung Schichttyp A Anwendungsorientierte (nicht-technische) Schichten Koordination Koordination Kooperation Kooperation Kommunikation Informationstechnische Schichten B Kommunikation Anwendungsdienste Anwendungsdienste Kommunikationsdienste Kommunikationsdienste Mediendienste Mediendienste Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 57 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation Dienste Anwendungsprozeß A Connectrequest Connectconfirmation Kommunikationssystem Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg Anwendungsprozeß B Connectresponse Connectindication Kommunikationssystem 58 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation Normung und Beispielnetze Problem: Kommunikation in heterogenen Systemen De-facto-Normen: Industriestandards (z.B. IBM PC, Unix, TCP) De-jure-Normen: Offizielle Standards (z.B. ISO/OSI - Modell) ITU: International Telecommunications Union der UN ITU - T: Telefon- und Datenkommunikation (z.B. V.24: Rechnerschnittstelle, z.B. zu Modem X.25: Schnittstelle zu öffentlichem Weitverkehrsnetz) ISO: International Standards Organisation (ANSI in den USA, z.B. FDDI-Ring) IEEE: Institute of Electrical and Electronics Engineers (z.B. IEEE 802.3: Ethernet) Problem: Trägheit der offiziellen Normung Aktivität Forschung Produktentwicklung Normung Zeit Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 59 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation Zukunftsvision „ Ubiquitous Computing“ 2002 Mattern 2001 Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 60 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit: Grundlagen der Telekommunikation Weiterführende Literatur • Mueller, G. u.a.: Kap. 2. S. 63 - 178 • Tanenbaum: Kapitel 1: Einleitung, S.17-95 Kapitel 7.2 (ohne 7.2.2): DNS, S. 658-660 und 664-666 • Wilde: Kapitel 1 „Grundlagen“ und Kapitel 2 „URI“, S. 7-52 Kapitel 3 „HTTP“ bis 3.4, S. 53-139 (ohne 3.2.1, 3.2.2, 3.2.3.2, 3.2.4.2 bis 3.2.6.2, 3.2.9.4 !) • Steinmetz: Kapitel 1 „Einleitung“, S. 1-6 Kapitel 2 „Medien und Datenströme“, S. 7-21 • Müller, G. u.a.: Kapitel 3, S. 213 - 288 Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 61
