Kommunikation

• Austausch/Übertragung von Informationen zwischen Sender und Empfänger über Kommunikationskanal

• Selbstorganisiert: Direkte Verbindung, volle Kontrolle, volle Verantwortung (Knoten ist mit jedem Knoten verbunden)

• Nutzung von Dienstleistungen: Vermittelte Verbindung, keine Kontrolle über Art und Weg der Verbindung, Verantwortung beim Dienstleister (Knotenpunkte, Routing)

Informationssystem:

• ist auf den Austausch von und den Umgang mit Informationen ausgerichtet.

  Kommunikationssystem:

• konzentriert sich auf die ordnungsgemäße Abwicklung der Kommunikationsfunktionen innerhalb eines Informationssystems

• Ein Netz ist skalenfrei, wenn die Anzahl der Verbindungen nach einem Potenzgesetz so verteilt ist, das wenige Knoten sehr viele Verbindungen, die meisten der Knoten aber nur eine geringe Anzahl an Verbindungen aufweisen. (wenige gut vernetzte Zentren)

• Eine Mesh-Netzwerk-Topologie (Maschen-Netzwerk) ist ein dezentralisiertes Netzwerkdesign, bei dem jeder Node oder Knotenpunkt in einem Netzwerk mit mindestens zwei anderen verbunden ist. Beim Mesh-Netzwerk können die Nodes dagegen direkt miteinander kommunizieren und brauchen dafür keine aktive Internetverbindung. Ein großer Vorteil dieser dezentralisierten Topologie ist, dass es keinen so genannten Single Point of Failure (SpoF) gibt. Sollte ein Node aus irgendwelchen Gründen nicht mehr erreichbar sein, können die anderen weiterhin miteinander kommunizieren.

• Die Vermittlungsrechner, die den für ein Datenpaket zu nehmenden Weg bestimmen, heißen Router (Gerät) oder Gateways. (allgemein Verbindung zwischen 2 Netzwerken oder –segmenten)

• Beziehen Router bei der Berechnung des Weges, den ein Datenpaket nehmen soll, Faktoren wie aktuelle Netzauslastung oder Verfügbarkeit bestimmte Rechnersysteme mit ein, spricht man von dynamischen Routing, sonst von statischem.

Prinzipiell unterscheidet man im Internet je nach Zweck zwei verschiedene Arten von Routing:

• Intradomain-Routing findet innerhalb eines autonomen Systems („AS“) statt;

• Interdomain-Routing bezeichnet das Routing zwischen autonomen Systemen.

• Router = Vermittlungsrechner, der den Weg, den ein IP-Datenpaket nimmt, bestimmt

• Gateways = Allgemeine Verbindung zwischen zwei Netzwerken/ -segmenten

• Dynamisches Routing = Einbeziehung von Netzauslastung/Verfügbarkeit o.Ä. bei Berechnung des Weges, sonst statisches Routing

Schicht 3 - Vermittlungsschicht

• bietet Dienste für die darüber liegende Schicht

• nimmt Dienste der darunterliegenden Schicht in Anspruch

• Kommuniziert nur mit direkt benachbarten Schichten

• Dienste werden über Schnittstellen angesprochen

• Schichtinterne Umsetzung der Dienste erfolgt über Protokolle

• Kriterien OSI-Modell:

  • Wie viele Schichten es geben soll und welche Dienste sie anbieten, wird vom Systemarchitekten festgelegt

  • Anzahl der Interaktionen über Schnittstelle klein

  • Gleiche Funktionalität in gleiche Schicht

  • Schichten für verschiedene Abstraktionsgrade für Daten

  • Änderungen in einer Schicht dürfen keine Änderung auf der andere Schicht benötigen

  • Schichtgrenzen aufgrund von früheren Erfahrungen

  • Schichtgrenzen bei Schnittstellenstandardisierung

Definition über 7 Schichten: Informationsaustausch zwischen den verschiedenen Schichten für Nutzer unsichtbar

• Schicht 1: Bitübertragungsschicht

  —> Übertragung von Bits über Kommunikationskanal

• Schicht 2: Sicherungsschicht

  —> Übertragung von Datenrahmen (Frames), Empfangsbestätigung, Erkennung & Verhinderung von Übertragungsfehlern und Datenstau

• Schicht 3: Vermittlungsschicht

  —> Übertragung von Paketen, Vermittlung Verbindung von Sender zu Empfänger

• Schicht 4: Transportschicht

  —> Übertragung von Datensegmenten, erste Endpunkt-zu-Endpunkt- Verbindung (Kommunikation zwischen Quelle und Empfänger)

• Schicht 5: Sitzungsschicht

  —> Übertragung und Synchronisation von Daten

• Schicht 6: Darstellungsschicht

  —> Übertragung von Daten, Berücksichtigung von Syntax, Kompression (MP3) und Verschlüsselung

• Schicht 7: Anwendungsschicht

  —> Übertragung von anwendungsspezifischen Daten, Kommunikation zwischen Anwendungen/Diensten wie E-Mail

• Weltweit eindeutige Ethernet Adresse = MAC-Adresse

• MAC = Media Access Control —> dient dazu einzelne Teilnehmer im Ethernet-Netzwerk zu identifizieren bzw. anzusprechen

• Besteht aus 6 Bytes, ersten 3 = Herstellerkennung, letzten 3 = herstellerspezifisch fortlaufende Nummer

• Die Internetprotokollfamilie ist eine Familie von rund 500 Netzwerkprotokollen, die die Basis für die Netzkommunikation im Internet bilden. Häufig wird auch die Bezeichnung TCP/IP-ProtokollFamilie verwendet.

• TCP: Transportschicht: Erste Ende-zu-Ende Verbindung

  • TCP (Transmission Control Protocol): zuverlässiges, verbindungsorientiertes Protokoll (threeway-handshak, Client-Server-Client), Flusskontrolle

• IP: Vermittlungsschicht

  • Internet Protocol ist ein verbindungsloses Protokoll der Netzwerkebene, Hauptaufgabe: Wegewahl, Vermeidung von Überlastung

  • Ein IP-Datenpaket besteht aus dem so genannten IPHeader und den eigentlichen Nutzdaten

  • ein IP-Paket ist maximal 65536 Bytes = 64 KByte groß

• Transportschicht (Layer 4):

  • Zuverlässiger Transport zwischen Endsystemen

  • Fehlererkennung und -korrektur

  • Flusskontrolle

  • Segmentierung von Daten

  • Protokolle: TCP, UDP

• Vermittlungsschicht (Layer 3):

  • Weiterleitung von Daten zwischen Netzwerken

  • Adressierung und Routing

  • Switching von Datenpaketen

  • Protokoll: IP (Internet Protocol)

  • Verbindung von verschiedenen Netzwerken

Die Hauptaufgabe der Vermittlungsschicht (Layer 3) ist die Wegewahl (Routing). Sie kümmert sich um die Weiterleitung von Datenpaketen zwischen verschiedenen Netzwerken, indem sie den besten Weg durch das Netzwerk auswählt. Dies beinhaltet die Adressierung von Datenpaketen und das Routing basierend auf Netzwerkprotokollen wie dem Internet Protocol (IP).

• IPv4-Adresse:

  • 32 Bits, in vier Oktetten aufgeteilt (z. B. 192.168.1.1).

  • Jedes Oktett repräsentiert einen Wert von 0 bis 255.

• IPv6-Adresse:

  • 128 Bits, in acht Blöcken zu je 16 Bits aufgeteilt (z. B. 2001:db8:85a3::8a2e:370:7334).

  • Jeder Block als vier Hexadezimalziffern, mit optionalen Nullen und Doppelpunkten für Lesbarkeit.

  • Entwickelt aufgrund der begrenzten IPv4-Adressen und bietet eine immense Anzahl von möglichen Adressen.

Protokolle auf der Transportebene führen sogenannte Portnummern ein, die zusammen mit der Netzwerk-ID und der Rechner-ID einen Kommunikationsendpunkt (Port) bilden

Leitungsvermittlung:

• Exklusive Nutzung einer Kommunikationsleitung während der gesamten Kommunikation.

• Direkte Verbindung zwischen Sender und Empfänger.

• Häufig in traditionellen Telefonnetzen.

Paketvermittlung:

• Daten werden in kleine Pakete aufgeteilt und individuell über das Netzwerk gesendet.

• Jedes Paket kann unterschiedliche Wege nehmen und wird am Ziel wieder zusammengesetzt.

• Effizientere Nutzung von Netzwerkressourcen.

• Gängiges Modell in modernen Computernetzwerken, wie dem Internet.

Verbindungsorientiert:

Es wird erst eine Verbindung zwischen Quellhost und Zielhost aufgebaut, dann erst werden die Pakete vermittelt. Die einzelnen Pakete gehen i.d.R. beim Zielhost in der gleichen Reihenfolge ein, wie sie zuvor vom Quellhost geschickt wurden.

Verbindungslose:

einzelne Pakete werden zum Quellhost in einer vorgegebenen Reihenfolge abgeschickt allerdings können die Pakete beim Zielhost in einer völlig anderen Reihenfolge ankommen.

Unterschiede:

—> Verbindungsorientierte:

• vorherige Verbindungsaufbau; fester Pfad für die Übertragung

• Garantierte Reihenfolge, Zustellung und erfolgreiche Übertragung

—> Verbindungslose:

• Keine vorherige Verbindung; unabhängige Paketübertragung

• Keine Garantien für Reihenfolge oder Zustellung

Datenaustausch in drei Phasen:

1. Verbindungsaufbau (connect, set-up)

   Sender spricht den Empfänger an, sendet Authentifizierungsdaten und verlangt den Verbindungsaufbau

2. Uni- oder bidriektionaler Datenaustausch (date transfer)

3. Verbindungsabbau (disconnect)

Analogie: Telefonieren

Anrufen = connect

Abnehmen = Kommunikationserlaubnis

Stimme = Authentifizierung

Gespräch = Datenaustausch

Auflegen = disconnect

Verbindungsorientierte Kommunikation (Leitungsvermittlung)

DHCP ist ein Protokoll, um IP-Adressen in einem TCP/IP-Netzwerk zu verwalten und an die anfragenden Hosts zu verteilen

Hauptaufgabe: Beantwortung von Anfragen zur Namensauflösung:

• Umsetzung von Domainnamen in IP-Adressen (forward lookup)

• Umgekehrte Auflösung von IP-Adressen in Namen (reverse lookup)