netzwerk grundlagen
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Einfuhrung (2003/10/14)
Motivation und Fundamentales...
ToC: Einfuhrung (2003/10/14)
Geschichte
Warum Computernetzwerke?
Netzwerk-Modelle
Netzwerkhardware
Netzwerksoftware
Referenzmodelle
(3/350)
Geschichte
18. JHD: Mechanik
19. JHD: Dampfmaschine
20. JHD: Jahrhundert der Informationsverarbeitung?
Computergeschichte relativ jung...
einzelne Server via Terminals
Single-Computersysteme
nun “Vernetzte Computer”
Wie (womit?) wird vernetzt?
autonome vernetzte Computer → Computer Netzwerk
nicht autonome vernetzte Computer → Control Unit mit Slaves
(4/350)
Warum Computernetzwerke? (1/3)
Client
Server
Network
Abbildung 1: Ein Server, zwei Clients
(5/350)
Warum Computernetzwerke? (2/3)
Vorteile von Computernetzwerken:
Resource Sharing
Zuverlassigkeit
Kosten: e.g. Fileserver
Skalierbarkeit
Kommunikation
Informationsquelle
Videokonferenz
(6/350)
Warum Computernetzwerke? (3/3)
“Verteiltes System (VS)” vs. “Computer Netzwerk (CN)”
VS: Grenzen fur Benutzer nicht vorhanden
VS: “virtueller Uni-Prozessor”
VS: Betriebssystem fur Verteilung zustandig
CN: Benutzer merkt Grenzen zwischen vernetzten autonomen Syste-men
CN: Explizites login, etc.
(7/350)
Netzwerk-Modelle (1/3)
Unterschiedliche Netzwerk-Modelle
(8/350)
Netzwerk-Modelle (2/3)
Abbildung 2: Client-Server Modell
(9/350)
Netzwerk-Modelle (3/3)
Abbildung 3: Peer-To-Peer Modell
(10/350)
Netzwerkhardware (1/8)
Kategorisierung nach verschiedene Gesichtspunkten
Ubertragungstechnik
Große von Netzwerken
(11/350)
Netzwerkhardware (2/8)
Ubertragungstechnik
Broadcast Netzwerke- single data channel- packets- multicast
Punk zu Punkt Netzwerk- viele Verbindungen
’große’ Netze : meist point-to-point
’kleine’, lokale Netze: meist broadcast
(12/350)
Netzwerkhardware (3/8)
Große von Netzwerken
PAN: Bluetooth / IRDA
LAN: Bus / Ring
MAN: keine Switching Elemente! (e.g. DQDB: Distributed QueueDual Bus, IEEE 802.6)
WAN: Rechner kommunizieren uber Subnetzwerke
(13/350)
Netzwerkhardware (4/8)
1 m Square meter
10 m Room
100 m Building
Campus1 km
City10 km
Interprocessordistance
Processorslocated in same
Example
100 km Country
Continent1000 km
Planet
Personal area network
The Internet
Local area network
Metropolitan area network
Wide area network
10,000 km
Abbildung 4: Klassifizierung von Netzwerken
(14/350)
Netzwerkhardware (5/8)
Cable Computer
(b)(a)
Computer
Abbildung 5: Bus und Ring Topologie
(15/350)
Netzwerkhardware (6/8)
Subnet Router
Host
LAN
Abbildung 6: WAN: Hosts und Subnetzwerke
(16/350)
Netzwerkhardware (7/8)
Sending process Receiving process
Sending host
Router Subnet
Router C makes achoice to forwardpackets to E andnot to D
Packet
Receiving hostDB
A E
C
Abbildung 7: “Weg” von Pakete
(17/350)
Netzwerkhardware (8/8)
(a) (b)
Basestation
To wired network
Abbildung 8: Wireless Anwendungen
(18/350)
Netzwerksoftware (1/12)
Protokoll Hierarchie
Entwurfsentscheidungen
Verbindungsorientiert vs. -los
(19/350)
Netzwerksoftware (2/12)
Protokoll Hierarchie
Komplexitat zu verringern: Ebenenorganisation
Aufgaben einer Ebene:
Interface zu Ebene n + 1 und n − 1
Ebenen bietet Services an
Protokoll zu Layer des anderen Rechners (peer)
(20/350)
Netzwerksoftware (3/12)
Layer 5
Layer 4
Layer 3
Layer 2
Layer 1
Host 1
Layer 4/5 interface
Layer 3/4 interface
Layer 2/3 interface
Layer 1/2 interface
Layer 5 protocolLayer 5
Layer 4
Layer 3
Layer 2
Layer 1
Host 2
Layer 4 protocol
Layer 3 protocol
Layer 2 protocol
Layer 1 protocol
Physical medium
Abbildung 9: Zusammenhang von Layer, Protokoll und Interface
(21/350)
Netzwerksoftware (4/12)
I likerabbits
Location A
3
2
1
3
2
1
Location B
Message Philosopher
Translator
Secretary
Informationfor the remotetranslator
Informationfor the remotesecretary
L: DutchIk vindkonijnenleuk
Fax #---L: DutchIk vindkonijnenleuk
J'aime
�
bien les lapins
L: DutchIk vindkonijnenleuk
Fax #---L: DutchIk vindkonijnenleuk
Abbildung 10: Analogie
(22/350)
Netzwerksoftware (5/12)
H2 H3 H4 M1 T2 H2 H3 M2 T2 H2 H3 H4 M1 T2 H2 H3 M2 T2
H3 H4 M1 H3 M2 H3 H4 M1 H3 M2
H4 M H4 M
M M
Layer 2protocol
2
Layer 3protocol
Layer 4 protocol
Layer 5 protocol
3
4
5
1
Layer
Source machine Destination machine
Abbildung 11: Informationsfuss
(23/350)
Netzwerksoftware (6/12)
Entwurf von Protokollebenen
Adressierung
Regeln des Datentransfers (simplex / half duplex / full duplex)
Fehlerkontrolle
Flusskontrolle
Reihenfolge von Paketen
Große von Paketen
Multiplexing
Routing
(24/350)
Netzwerksoftware (7/12)
Layer k
Layer k + 1
Layer k - 1
Protocol
Service provided by layer k
Layer k
Layer k + 1
Layer k - 1
Abbildung 12: Service vs. Protokoll
(25/350)
Netzwerksoftware (8/12)
Arten von Services
verbindungsorientiert (connection-oriented)
co: ’quality of service’
verbindungslos (connection-less)
cl: ’bestatigte Nachrichten’
(26/350)
Netzwerksoftware (9/12)
Reliable message stream Sequence of pages
Reliable byte stream Remote login
Unreliable connection Digitized voice
Unreliable datagram Electronic junk mail
Registered mailAcknowledged datagram
Database queryRequest-reply
Service Example
Connection-oriented
Connection-less
Abbildung 13: Services und Anwendungen
(27/350)
Netzwerksoftware (10/12)
Abbildung 14: Grundfunktionen bei einem Connection-Oriented Service
(28/350)
Netzwerksoftware (11/12)
(1) Connect request
(2) ACK
(3) Request for data
(4) Reply
(5) Disconnect
(6) Disconnect
Client machine
Protocolstack
KernelOperatingsystem
Drivers Protocolstack
Kernel Drivers
Server machine
Serverprocess
Systemcalls
Clientprocess
Abbildung 15: Client-Server Interaktion
(29/350)
Netzwerksoftware (12/12)
Zusammenfassung der Begriffe
layer / levels / Schichten / Ebenen
protocol
interface
network architecture (set of protocols and layers)
protocol stack (set of protocols)
(30/350)
Referenzmodelle
OSI 7-Schichten Modell
von ISO (International Standards Organization)
OSI: Open Systems Interconnection
Europa
TCP/IP-Modell
ARPANET
USA
(31/350)
OSI-Modell (1/3)
Designrichtlinien:
neue Schicht bei neuer Abstraktion
jede Schicht hat eine definierte Aufgabe
Aufgabe wird in einem Protokoll definiert
Schicht soll so wenig als moglich von den anderen Schichten wissen
nicht zuviele/zuwenig Schichten
(32/350)
OSI-Modell (2/3)
Abbildung 16: OSI-Modell (33/350)
OSI-Modell (3/3)
Applicationlayer
Sessionlayer
Transportlayer
Networklayer
Data link layer
Physicallayer
Presentationlayer
Applicationlayer
Sessionlayer
Transportlayer
Networklayer
Data link layer
Physicallayer
Presentationlayer
Networkprotocol
Actual data transmission path
Transportprotocol
Session protocol
Presentation protocol
Application protocol
Data
Data
Data
Data
Data
Data
Data
Bits
AH
PH
SH
TH
NH
DH DT
SendingProcess
ReceivingProcess
Abbildung 17: Datenubertragung OSI-Modell
(34/350)
TCP/IP-Modell (1/4)
Verwendung im ARPANET
Großvater/mutter aller Netze ;)
DoD: Department of Defence (Sponsor)
ARPA: Advanced Research Projects Agency
Entwicklung in 70er Jahre
(35/350)
TCP/IP-Modell (2/4)
Ziele:
nahtlose Verbindung unterschiedlichster Netzwerke
ausfallsicher
passend fur unterschiedlichste Anwendungen
(36/350)
TCP/IP-Modell (3/4)
4 Ebenen definiert:
Application Layer
Transport Layer (TCP, UDP)
Internet Layerverbindungslos, sog. packet switching network
Host-to-Network Layer
(37/350)
TCP/IP-Modell (4/4)
ARPANET
Protocols
Networks
TELNET
TCP UDP Transport
LAN
DNS Application
Layer (OSI names)
Packetradio
Physical +data link
SMTP
SATNET
FTP
IP Network
Abbildung 18: Protokolle und Netzwerke im TCP/IP-Modell (Auszug)
(38/350)
Vergleich: OSI und TCP/IP (1/4)
Vorab: Kein Modell ist optimal fur alle Anwendungen!
(39/350)
Vergleich: OSI und TCP/IP (2/4)
OSI:
klare Unterscheidung zwischen service / interface / protocol
Analogie: Object: Methoden / Interfaces / Implementation
Transport Layer: nur CO
Network Layer: CO und CL
(40/350)
Vergleich: OSI und TCP/IP (3/4)
TCP/IPOSI
Application
Presentation
Session
Transport
Network
Data link
Physical
7
6
5
4
3
2
1
Application
Transport
Internet
Host-to-network
Not presentin the model
Abbildung 19: Vergleich zwischen OSI- und TCP/IP-Modell
(41/350)
Vergleich: OSI und TCP/IP (4/4)
TCP/IP:
keine klare Trennung zwischen service / interface / protocol
vor Modell war die Implementation. . .→ kein allgemeines Modell
kein Data Link Layer und Physical Layer definiert
Transport Layer: CO und CL
Network Layer: CL
(42/350)