Internet Technologie

Internet Technologie
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•
•
•
Grundlagen der Datenübertragung
Netzwerkprotokolle
TCP/IP und das Internet
Client/Server-Anwendungen im Internet
Internet-Dienste:
–
–
–
–
Domain Name Service (DNS)
FTP
SMTP und POP
World Wide Web
© Abteilung für Wirtschaftsinformatik
Folie 1
Grundlagen der Datenübertragung
© Abteilung für Wirtschaftsinformatik
Folie 2
Netzwerkprotokolle
• Regeln für die Kommunikation zwischen Rechnern
– Format der übertragenen Daten
– Beschreibung des Auf- und Abbaus einer Verbindung
– Schichtenmodell von aufeinander aufbauenden Protokollen
• Beispiele für (proprietäre) Netzwerkprotokolle
–
–
–
–
–
SNA (Systems Network Architecture) von IBM
TRANSDATA von SNI
DNA (Digital Network Architecture) von DEC
DCA (Distributed Communications Architecture) von Unisys
...
© Abteilung für Wirtschaftsinformatik
Folie 3
Schichtenmodell
© Abteilung für Wirtschaftsinformatik
Folie 4
ISO/OSI Referenzmodell
Application Layer
Application
System
Presentation Layer
Session Layer
Transport
System
Dienste (Dateitransfer, Mail)
Transformation von Daten
(Beispiel ASCII - EBCDIC)
Auf- und Abbau von Sessions
Transport Layer
End-zu-End-Verbindung,
Transport Adressen
Network Layer
Wegewahl, Adressierung
Data Link Layer
Zugang, Fehlerkontrolle
Physical Layer
Übertragungsmedium und
Schnittstellen
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Folie 5
Beispiel LAN-Standard: Ethernet
•
•
•
•
Maximale Übertragungsgeschwindigkeit 10 Mbit/s
Zugriffsverfahren CSMA/CD
Normiert IEEE 802.3 (entspricht ISO 8802-3)
Ethernet-Karten sind günstig (< ATS 1.000)
Hersteller beispielsweise 3Com oder Western Digital.
• Hersteller vergeben weltweit einmalige Ethernet-Adressen
(Beispiel 0a:47:b6:23:c2:8b)
• Jedes Paket ist für jede Station sichtbar (Broadcast-Netz)
Beispiele für alternative LAN-Protokolle:
TokenRing (4 und 16 Mbit/s), FastEthernet (100 Mbit/s),
Gigabit Ethernet (1000 Mbit/s)
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Folie 6
Verbreitete Ethernet Topologien
Hub
Thin Wire Ethernet (10Base-2)
• RG 58 Verkabelung (Koaxialkabel)
• Bus-Topologie
• Hohe Fehleranfälligkeit
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TP Ethernet (10Base-T, 100Base-T)
• Twisted Pair Verkabelung
• Stern-Topologie mit Hub /
Ethernet-Repeater
• Geringe Fehleranfälligkeit
Folie 7
Übertragungsgeschwindigkeiten
• Maßeinheit ist Bit pro Sekunde (bit/s oder bps)
• Beispiel.: Übertragung einer Textdatei mit 100 KB (KiloByte)
über eine Datenleitung die eine Durchflußrate von 10 kbps
(KiloBit pro Sekunde) hat dauert nicht 10 Sekunden sondern
80 Sekunden. (100 KB = 800 KBit).
• Typische Bandbreiten
– GSM: 9,6 kBit/s
– Modem: 56 kBit/s
– DECT: 12x32 kBit/s
– ISDN: 128 kBit/s
– UMTS: 2MBit/s
– ADSL: 768 kBit/s bzw. 8 MBit/s
– Infrarot: 1-10 Mbit/s
– FastEthernet 100 MBit/s
– Funk-LAN: 1-11 Mbit/s
– ATM: 155 MBit/s - 1,2 Gbit/s
– Satellitensysteme: OC-12
– SONET 51,84 Mbps (OC-1) - 13,21 Gbit/s (OC-255)
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Folie 8
Entwicklung der Übertragungskapazitäten
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Folie 9
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
Physical Layer
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Network Access
Layer
TCP, UDP
IP
ARP, SLIP
IP over Ethernet,
IEEE 802.3, X.25
Folie 10
Charakteristika der Internetprotokolle
• Protokolle sind offene Standards (Internet RFCs)
• Weitläufige Unterstützung der Protokolle => Verbindung
unterschiedlicher Hardware ist kein Problem
• Implementierungen in zahlreichen Betriebssystemen
• 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.
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Folie 11
Entwicklung des Internet
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Folie 12
Verteilung der Last
im Internet
The
Internet (as of October 2000)
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[CAIDA 2001]
Die IP-Adresse
• Qualifizierte IP-Adresse - weltweit gültige Identifizierung
• 4 Byte getrennt durch drei Punkte
• Information über Netzwerk und Host:
137.208 . 1.4
Netzwerk-Adresse 137.208
Host-Adresse 1.4
• Class A Adresse: 1. Byte < 128; 3 Bytes (24 Bit) für Hosts
(0 und 127 sind reserviert)
• Class B Adresse: 128 < 1.Byte < 191; 2 Bytes für Hosts
• Class C Adresse: 191 < 1. Byte < 223; 1 Byte für Hosts
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Folie 14
Die IP Adresse
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Folie 15
Wichtige Bestandteile eines IP-Paketes
Schematischer Aufbau
IP-Adresse des Absenders
IP-Adresse des Empfängers
Portnummer
Daten
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• Diese IP-Pakete sind Grundlage
aller Internetdienste.
• Die Port-Nummer dient zur
Identifikation des Dienstes (Beispiel
SMTP - Port 25)
• Abhängig von der Portnummer
reicht die Netzwerksoftware des
Empfängers das Paket an den
zuständigen Prozeß weiter
• Die Daten sind ebenfalls abhängig
vom Dienst (max. 64 KB). Beispiele:
– FTP: übertragene Datei
– TELNET: Gedrückte Taste
– SMTP: Nachricht
Folie 16
Aufbau eines IP Paketes
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Folie 17
TCP und UDP
Transmission Control Protocol
• Verbindungsorientiertes
Protokoll
• Verbindungsaufbau durch
3-Weg Handshake
• Verläßliche Verbindung
• Beispiele FTP, SMTP
User Datagram Protocol
• Verbindungsloses
Protokoll
• Paket wird “einfach
abgeschickt”, bei Bedarf
wiederholt
• Minimaler ProtokollOverhead
• Beispiele: PING
TCP/IP wird üblicherweise als Synonym für die
Internet-Protokollfamilie verwendet!
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Folie 18
Ein kleines Internet
137.208.1.1
137.208.1.8
137.208.1.9
Gateway oder Router
137.208.2.1
137.208.2.4
137.208.2.5
137.208.2.6
• Jede Netzwerksoftware kennt die Adresse des Gateways
• Pakete in das fremde Subnetz werden an die Ethernet-Adresse des
Gateways geschickt und von diesem abhängig von der IP-Adresse
des Empfängers weitergeleitet
• Pakete im lokalen Subnetz werden direkt zugestellt
• Der Gateway hat zwei Netzwerkkarten, zwei Ethernet-Adressen und
zwei IP-Adressen und kann zwischen unterschiedl. Netzen vermitteln.
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Folie 19
Das Adress Resolution Protocol
137.208.1.1
2a:3e:12:5f:40:2b
137.208.1.55
Internet
2a:3c:ab:27:44:1c
137.208.1.56
130.206.99.17
137.208.1.56
25
To: wi@alice
Subject: Hallo Leute
Date: April 23
Howdy Folks,
IP-Paket
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• Um die Ethernet-Adresse für ein
ankommendes IP-Paket herauszufinden,
macht der Router einen ARP-Broadcast
an das gesamte Zielnetz
• Der Rechner mit der gesuchten IPAdresse antwortet (ebenfalls EthernetPaket)
• So wird dynamisch eine Adreßtabelle
aufgebaut
Folie 20
Routing
TokenRing
Router
X.25
öffentliches Netz
Router
• Routing: Weiterleiten von Paketen über mehrere physische Netze hinweg
und Auswahl alternativer Pfade zum Zielknoten.
• Router haben typischerweise mehrere Netzwerkschnittstellen, sind in
Einschubbauweise ausgeführt und können somit IP-Pakete zwischen
beispielsweise Ethernet, TokenRing oder öffentlichen Netzen weiterleiten.
• Die Netze muessen ab Schicht 3 ident sein.
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Folie 21
traceroute
© Abteilung für Wirtschaftsinformatik
Folie 22
Prozeßkommunikation über TCP/IP
sendmail
25 SMTP
popper
date
110 POP
13 Daytime
TCP
UDP
Anwendungsprozeß
Socket - TCP oder UDP,
einem Port zugeordnet
IP
TCP/IP
Netzwerksoftware
Network Access
Layer
Kartenspezifische
Netzwerksoftware
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Folie 23
Protocol-Multiplexing mit Ports
sendmail
popper
date
sendmail
popper
date
25 SMTP
106 POP
16 Date
25 SMTP
106 POP
16 Date
TCP
UDP
TCP
UDP
IP
IP
Network Access
Layer
Network Access
Layer
© Abteilung für Wirtschaftsinformatik
Folie 24
Client/Server-Kommunikation über TCP/IP
• Server stellen ihre Dienste an
sogenannten Well-Known-Ports zur
Verfügung (Beispiel: 25 Sendmail)
• Portnummern bis 1024 sind reserviert
für Standard-Dienste (FTP, TELNET,
NNTP, SMTP, SNMP, HTTP ...)
• Für Clients oder nicht-standardisierte
Server werden freie Ports
vorübergehend zugewiesen
• Server-Prozesse “schlafen” bis eine
Anforderung eintrifft oder werden erst
bei Bedarf gestartet
• Server-Prozesse identifizieren ihre
Klienten anhand des Absenders (IPAdresse und Port)
© Abteilung für Wirtschaftsinformatik
Folie 25
Datenübertragung mit FTP
•
•
•
•
Zuverlässiger und effizienter Dateitransfer
Server-Prozeß an den Ports 20 und 21 (TCP)
Klartext-Protokoll (Mit Hilfefunktion)
Binäre (unveränderte) Übertragung von Daten
oder Berücksichtigung unterschiedlicher CR/LFKonventionen (ASCII)
• Weite Verbreitung durch Möglichkeit des
anonymen Zugangs zu dafür vorgesehenen
Dateien (Anonymous-FTP)
GET
PUT
FTP (20, 21)
TCP
IP
RFC 959
© Abteilung für Wirtschaftsinformatik
RFC 1635
Network Access
Layer
Folie 26
SMTP und POP
SMTP
SMTP
POP
POP
• Das SMTP (Simple Mail Transfer Protocol)
dient der Übertragung elektronischer Mail
über eine bidirektionale TCP/IP-Verbindung
• Oft wird die Mail auf einem Mail-Server
zwischengelagert, auf den dann mit POP
(Post Office Protocol) zugegriffen wird
• SMTP (Port 25) und POP (Port 110)
basieren auf TCP
• POP-Klienten (Beispiel Eudora) können
auch problemlos über eine SLIP oder PPPVerbindung Mail empfangen
© Abteilung für Wirtschaftsinformatik
POP
SMTP, POP
(25, 110)
TCP
IP
Network Access
Layer
Folie 27
Das Domain-Name-System (DNS)
Top-Level Name-Server
(Beispiel ns.nasa.gov)
Name-Server von .at
(Beispiel ns1.univie.ac.at)
Name-Server von .co.at
(ns.Austria.EU.net)
Name-Server von eunet.co.at
(ns.eunet.co.at)
DNS (53)
UDP
gethostbyaddr 193.83.150.227
www.eunet.co.at ?
isis.wu-wien.ac.at
© Abteilung für Wirtschaftsinformatik
rudolph.wu-wien.ac.at
IP
Network Access
Layer
Folie 28
Funktionalität des DNS
• Auflösung der Namen zu IP-Adressen und umgekehrt
• Ergebnisse von vorhergegangenen Anfragen werden
zwischengespeichert
• DNS basiert auf UDP (Port 53)
• Neue Domains sind immer bei dem Betreiber der
übergeordneten Domain zu registrieren
• Die hierarchische Organisation in Domains hat nichts mit
der Aufteilung der Netzwerkadressen zu tun
• Dezentrale, hierarchisch organisierte Datenbank - bei
großer Anzahl von Hosts leichter zu aktualisieren als
zentraler Datenbestand
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Folie 29
Das Domain-Name-System (DNS)
www.icann.org
Generic
int
com
edu
sun
yale
eng
ai
cs
gov
Countries
mil
org
acm
eng
linda
robot
© Abteilung für Wirtschaftsinformatik
jack
net
ieee
jill
jp
us
ac
co
keio
nec
cs
csl
at
...
co
ac
univie
ifs
ani
pc24
Folie 30
Integration von Diensten durch das WWW
Hypertext (HTML)
News-Artikel
HTTP
Dateitransfer
FTP
Gopher-Menü
NEWS
E-Mail
Terminalemulation
© Abteilung für Wirtschaftsinformatik
Folie 31
WWW-Folklore
• 1989 Paper “HyperText and CERN” von Tim Berners-Lee am
CERN
• 1990 Projektvorschlag am CERN (Erstmals World-Wide Web),
Start der Entwicklung des ersten Browsers (NeXTStep und Line
mode)
• 1991 Line mode Browser veröffentlicht, erste Referenzen in
Newsgroups
• 1992 Erste Browser (Viola, Erwise) werden veröffentlicht
• 1993 Erste Alpha-Version des “Mosaic for X” von Marc
Andreessen (Undergraduate Student), über 200 bekannte
WWW-Server. Im Dezember erster Artikel über Internet und
WWW in der NY-Times
• 1994 Marc Andreessen gründet “Mosaic Communications
Corp”. Ab November “Netscape Communications Inc”
© Abteilung für Wirtschaftsinformatik
Folie 32
Die Hypertext Markup Language
<HTML>
<TITLE>Kleines Demo</TITLE>
<BODY>
<H1>Hallo Leute!</H1>
HTML ist einfach zu lernen:
<UL>
<LI> Inspiration mit <i>View/Document Source </i>
<LI> Übung macht den Meister
</UL>
</BODY>
</HTML>
• Standardisierung durch W3C
• Herstellerspezifische HTML Erweiterungen speziell von Netscape, und
Microsoft sind weit verbreitet
© Abteilung für Wirtschaftsinformatik
Folie 33
Der Uniform Resource Locator 1/2
Der URL spezifiziert auf einheitliche Weise den Ort und die
Zugriffsmodalitäten eines Internetdienstes.
<Dienst>:<Dienstspezifischer Teil>
HTTP
http://<Rechner>:<Port>/<Pfad>
http://wwwi.wu-wien.ac.at/telekomm.html
Default: Port 80
Mail
mailto://<User@Rechner>
mailto://hugo@dec1
File
file://<Rechner>/<Pfad>
file://hallo.html
Default: <Rechner> kann entfallen
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RFC 1738
Folie 34
Der Uniform Resource Locator 2/2
FTP
ftp://<User>:<Kennwort>@<Rechner>:<Port>/<Pfad>
ftp://hugo@dec1:/etc/motd
Default: <User> anonymous, <Kennwort> guest, <Port> 21
News
news:<Newsgroup>
news:<Message-ID>
news:comp.infosystems.www
Spezifiziert nicht eine bestimte Resource!
Telnet telnet://<User>:<Kennwort>@<Rechner>:<Port>
telnet://hugo@rudolph/
Default: <User> und <Kennwort> können entfallen, <Port> 23
Gopher gopher://<Rechner>:<Port>/<Gopher-Pfad>
gopher://gopher.wu-wien.ac.at/
Default: <Port> 70, <Gopher-Pfad> kann entfallen
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Folie 35
Das Hypertext Transfer Protocol (HTTP)
• Protokoll zur Übertragung von Daten
beliebiger Struktur (Entitäten) über
das Internet
• Baut auf TCP auf, die Verbindung wird
jedoch nach jedem Transfer abgebaut
(Zustandsproblematik!)
• Wichtigstes Einsatzgebiet: Transfer von
Hypertext (Inhalt vom Typ text/html)
• Erweiterung auf andere Datentypen
(Content-Types) mit Version HTTP/1.0
• Datentypen entsprechen dem MIMEFormat (Multipurpose Internet Mail
Extensions)
• RFC 2616: Hypertext Transfer Protocol - HTTP/1.1 (-> IETF)
© Abteilung für Wirtschaftsinformatik
<HTML>
<TITLE>
Abteilung für WI
</TITLE>
...
GET index.html
HTTP (80)
TCP
IP
Network Access
Layer
Folie 36
HTTP im Detail
• Kommunikationsaufbau geht üblicherweise vom Klienten aus
• Nach der Antwort des Servers wird die Verbindung abgebaut
• Nach HTTP/1.0 drei verschiedene Anfragen von WWW-Klient an Server:
GET
Eine Entität wird angefordert
HEAD
Lediglich der Header einer Entität wird angefordert
POST
Eine Entität wird dem Server übergeben
• Anfrage kann mittels Request Header Fields näher spezifiziert werden
Beispiel: If-Modified-Since: <Datum> überträgt eine Entität nur, wenn sie
aktueller ist als das angegebene Datum
• Eine Entität kann mit einem Entity Header Field näher spezifiziert werden
Beispiel: Content-length: <Länge> spezifiziert Länge der übertragenen
Entität in Bytes
• Eine Anfrage oder eine Antwort kann mit einem General Header Field
näher spezifiziert werden
Beispiel: Date: <Datum> Datum und Zeitpunkt des Versendens der
Nachricht
© Abteilung für Wirtschaftsinformatik
Folie 37
HTTP Live
© Abteilung für Wirtschaftsinformatik
Folie 38
HTTP Live
© Abteilung für Wirtschaftsinformatik
Folie 39
HTTP Methoden
© Abteilung für Wirtschaftsinformatik
Folie 40
HTTP Live
© Abteilung für Wirtschaftsinformatik
Folie 41
HTTP Response Codes
© Abteilung für Wirtschaftsinformatik
Folie 42
WWW und Mobilität
• Protokoll (HTTP, Hypertext Transfer Protocol) und
Sprache (HTML, Hypertext Markup Language) des
Web wurden nicht für mobile Anwendungen
entworfen, daraus resultieren zahlreiche Probleme!
• Typische Datengrößen
– HTTP request: 100-350Byte
– Antworten typ. <10kByte, Kopf 160Byte, GIF 4,1kByte,
JPEG 12,8kByte, HTML 5,6kByte
– aber auch viele sehr große Dateien, nicht
vernachlässigbar
© Abteilung für Wirtschaftsinformatik
11.10.1 Folie 43
WAP - Wireless Application Protocol
• Ziele
– Internet-Inhalte und erweiterte Dienste sollen zu mobilen
Endgeräten (Telefone, PDA, ...) geliefert werden
– Unabhängigkeit von Standards drahtloser Netze
– offen für alle, Vorschläge („weltweite
Protokollspezifikation“) werden Standardisierungsgremien
vorgelegt
– Anwendungen sollen über aktuelle Transportmedien,
Gerätetypen hinweg skalieren und auch auf zukünftige
Entwicklungen anwendbar sein
© Abteilung für Wirtschaftsinformatik
11.18.1 Folie 44
WAP - Wireless Application Protocol
• Plattformen
– beispielsweise GSM (900, 1800, 1900), CDMA IS-95,
TDMA IS-136, Systeme der 3. Generation wie IMT-2000,
UMTS, W-CDMA
• Forum
– WAP-Forum, mitgegründet von u.a. Ericsson, Motorola,
Nokia, Unwired Planet
– Informationen unter http://www.wapforum.org
© Abteilung für Wirtschaftsinformatik
11.18.1 Folie 45
Key Technology: Wireless Connectivity
Satellite
100
Transfer Rate (Mbits/sec)
Wireless Broadband
10
1
Digital Cellular
0.1
Radio
Infrared
Satellite Networks
Globalstarwww.globalstar.com
IRIDIUM www.iridium.com
Teledesic www.teledesic.com
Wireless Broadband Networks
Hiperlan www.hiperlan.com
WaveLAN
www.wavelan.com
Wireless ATM
www.atmforum.com
Digital Cellular Networks
DECT
www.dect.ch
GSM
www.gsmworld.com
LMDS
www.webproforum.com/lmds
UMTS
www.umts-forum.org
Radio Networks
Bluetooth www.bluetooth.com
Infrared Networks
IrDA
www.irda.org
Cordless Networks
DECT
www.dect.ch
0.01
PAN
LAN
© Abteilung für Wirtschaftsinformatik
MAN
WAN
Folie 46
Spektrum Elektromagnetischer Wellen
© Abteilung für Wirtschaftsinformatik
Folie 47
Satellitensysteme
Intersatellitenverbindung (ISL)
Mobile User
Link (MUL)
Gateway Link
(GWL)
MUL
GWL
kleinere Zellen
(Spotbeams)
Bodenstation
oder Gateway
gesamtes
Ausleuchtungsgebiet
(Footprint)
ISDN
PSTN: Public Switched
Telephone Network
© Abteilung für Wirtschaftsinformatik
PSTN
GSM
Benutzerdaten
Folie 48
Mobile IP
HA
2
MN
Heimatnetz
Internet
Empfänger
3
FA
Fremdnetz
1
CN
Sender
© Abteilung für Wirtschaftsinformatik
1. Sender sendet an IP-Adresse von MobileNode
(MN), Home Agent (HA) fängt Paket ab
2. HA tunnelt Paket an ForeignAgent (FA),
durch Kapselung
3. FA leitet das Paket an
MN weiter
Folie 49
Wireless LAN (z.B. IEEE-Standard 802.11)
Festes Endgerät
(Fixed terminal)
Mobiles Endgerät
(Mobile terminal)
Server
Infrastrukturnetz
Zugangspunkt (Access point)
Anwendung
Anwendung
TCP
TCP
IP
IP
802.11 MAC
802.11 MAC
802.3 MAC
802.3 MAC
802.11 PHY
802.11 PHY
802.3 PHY
802.3 PHY
© Abteilung für Wirtschaftsinformatik
Folie 50
Bluetooth
• Konsortium: Ericsson, Intel, IBM, Nokia, Toshiba viele Mitglieder
• Anwendungen
– Anbindung von Peripheriegeräten
• Lautsprecher, Joystick, Kopfhörer
– Unterstützung von ad-hoc-Netzwerken
• kleine, billige Geräte
– Verbindung von Netzwerken
• e.g., GSM über Handy - Bluetooth - Laptop
• Einfacher, billiger Ersatz für IrDA, eingeschränkte
Reichweite, niedrige Datenraten
– 2.4 GHz, FHSS, TDD, CDMA
© Abteilung für Wirtschaftsinformatik
Folie 51
Literatur zum Thema
• Hansen, Neumann: Wirtschaftsinformatik I,
8. Auflage, Kapitel 12
• Kerner, H.: Rechnernetze nach ISO.
Addison-Wesley, 1. Auflage, 1992.
• Schiller, J.: Mobilkommunikation. Addison-Wesley
2000
© Abteilung für Wirtschaftsinformatik
Folie 52