Kapitel 1

1. Security: Schutz vor Betrug, Fälschungen, und Eindringversuchen (Maßnahmen: z. B. Firewalls, Verschlüsselung).

2. Safety: Schutz vor Unfällen oder Ausfällen (Maßnahmen: z. B. Redundanz, unterbrechungsfreie Stromversorgung).

—> Security ist notwendig aber nicht hinreichend für Safety. Ein System ohne Safety ist nicht sicher.

1. Prävention: Maßnahmen wie Firewalls und Access Control Lists (ACLs).

2. Erkennung: Intrusion Detection Systeme und Security Monitoring.

3. Reaktion: Forensische Analysen oder Abschaltung betroffener Systeme

Das Internet ist ein Netz aus Netzen

1. Netzrand (Edge): Endgeräte wie Computer, Smartphones, Sensoren; Hosts (Clients und Server)

2. Zugangsnetze: Verbindungen zwischen Endgeräten und dem Internet (z. B. WLAN, Mobilfunk); kann kabelgebunden oder drahtlos sein

3. Kernnetz (Core): Router und Switches, die Datenpakete weiterleiten.

4. Backbone-Netze: Hochgeschwindigkeitsverbindungen zwischen großen Netzwerken. (Vernetzte Anbieter ISPs)

1. Hosts: Endgeräte, die Dienste anbieten oder nutzen.

2. Router: Vermitteln Datenpakete zwischen Netzwerken (globale Weiterleitung) / Switches für die lokale Weiterleitung)

3. Links: Verbindungen wie Glasfaser, Kupfer, Funk oder Satelliten.

4. Protokolle: Regeln für Kommunikation (z. B. IP, TCP, DNS).

1. Daten werden in kleine Einheiten (Pakete) zerlegt.

2. Pakete werden unabhängig voneinander zum Ziel geleitet.

3. Am Ziel setzt das System die Pakete wieder zusammen.

1. Access ISPs: Stellen Endgeräten Zugang zum Internet bereit.

2. Regional ISPs: Verbinden Access ISPs mit größeren Netzwerken.

3. Tier-1 ISPs: Globale Backbone-Anbieter, die Netzwerke weltweit verbinden.

4. Eingene Netze von Content Providern: bsp Google

Internet Exchange Points (IXPs): Ermöglichen Verbindung zwischen ISPs ohne globale ISPs.

1. Paketvermittlung: Daten werden in Pakete zerlegt und unabhängig übertragen. Effizient für das Internet.

2. Leitungsvermittlung: Reservierung eines festen Kanals, z. B. bei Telefonnetzwerken.

1. Definieren Regeln für den Datenaustausch.

2. Beispielprotokolle:

   • HTTP/HTTPS: Webzugriff.

   • DNS: Auflösung von Domainnamen in IP-Adressen.

   • TCP: Zuverlässige Übertragung.

   • UDP: Schnelle, aber unzuverlässige Übertragung.

1. Ein physischer Standort, an dem ISPs Daten austauschen.

2. Reduziert die Kosten und verbessert die Geschwindigkeit der Datenübertragung.

1. Hochgeschwindigkeitsverbindungen, die große Netze verbinden.

2. Ermöglichen globalen Datenverkehr zwischen Kontinenten.

3. Oft mit Unterseekabeln oder Satelliten realisiert.

• Wandelt menschenlesbare Domainnamen (z. B. www.google.com) in IP-Adressen um.

• Besteht aus einer hierarchischen Struktur: Root-Server, Top-Level-Domains (TLDs), Nameserver.

• IPv4: 32-Bit-Adressen, ca. 4,3 Milliarden mögliche Adressen.

  
  

• IPv6: 128-Bit-Adressen, nahezu unbegrenzte Adressen, bessere Unterstützung moderner Geräte.

1. Physische Schicht: Überträgt Bits (z. B. Glasfaser).

2. Sicherungsschicht: Verbindungsaufbau (z. B. Ethernet).

3. Netzwerkschicht: Adressierung und Routing (z. B. IP).

4. Transportschicht: Zuverlässige Datenübertragung (z. B. TCP).

5. Anwendungsschicht: Endbenutzerdienste (z. B. HTTP, DNS).

1. Verarbeitungsverzögerung: Zeit zur Paketverarbeitung im Router.

2. Warteschlangenverzögerung: Wartezeit bei überlasteten Routern.

3. Übertragungsverzögerung: Zeit zum Senden eines Pakets über den Link.

4. Ausbreitungsverzögerung: Signalübertragung entlang physischer Medien.

   
   

• Wohnungszugangsnetze

• Institutionszugangsnetze (Hochschule, Firma)

• Mobile Zugangsnetze (WLAN, 4G/5G)

kabelgebunden:

• meist teilen Häuser Zugangsnetz bis zur Kabel Kopfstelle; diese ist dann mit Glasfaser mit dem Kernnetz verbunden

drahtlos:

• Wireless Local Area Network (WLAN) und Mobilfunknetze

—> oft kombiniert in einer Box:

1. übernimmt Nachricht von Applikation

2. Unterteilt Nachricht in kleinere Blöcke, Pakete genannt, einer Länge von L Bits

3. überträgt Paket ins Zugangsnetz mit Übertragungsrate R

-> Paket Übertragungsverzögerung = L (Bit) / R ( Bit/s)

Forwarding

• auch Switching

• lokale Aktion; bewege ankommende Pakete vom Eingangslink des Routers zum passenden Ausgangslink des Routers

Routing

• globale Aktion: bestimmen Pfad von Quelle zu Ziel

• gibt verschiedene Routingalgorithmen

• Packet Übertragungsverzögerung: es dauert L/R Sekunden ein L-Bit Paket auf einen Link mit R bps zu übertragen (legen)

• Store and Forward: ganzes Paket muss am Router angekommen sein, bevor es auf den nächsten Link übertragen werden kann

  1. Empfang des Pakets:

     Router empfängt Paket und speichert es vollständig in Buffer

  2. Verarbeitung und Überprüfung:

     Paket wird überprüft; bei Fehler wird verworfen

  3. Weiterleitung des Pakets:

     sobald Übertragungsleitung im nächsten Router oder Ziel frei ist

  4. Wiederholung bei jedem Knotenpunkt (Router)

• Warteschlangenbildung: Pakete warten auf Übertragung, wenn die Ankunftsrate die Kapazität des Links übersteigt.

• Paketverlust: Tritt auf, wenn der Speicherpuffer eines Routers voll ist.

• Pakete können verworfen oder erneut gesendet werden, abhängig von Protokollregeln.

  
  

1. Leitungsvermittlung: Dedizierte Ressourcen für jede Verbindung, keine Ressourcenteilung möglich.

2. Frequency Division Multiplexing (FDM): Frequenzen werden in Bänder unterteilt.

3. Time Division Multiplexing (TDM): Zeit wird in Slots aufgeteilt.

4. Ideal für Anwendungen mit konstantem Datenfluss.

1. Paketvermittlung:

   • Flexibler, da Ressourcen nach Bedarf geteilt werden.

   • Effizient für "burst"-Datenübertragung.

2. Leitungsvermittlung:

   • Bietet garantierte Leistung, jedoch ineffizient bei ungenutzten Ressourcen.

• Pakete warten in Router-Puffern bis sie zur Übertragung an die Reihe kommen

• Warteschlange wächst, wenn Ankunftsrate eines Links (kurzeitig) die Bandbreite des Links übersteigt

• Paketverlust findet statt, wenn Speicher (Puffer) voll ist

• Vier Quellen für Verzögerung:

  Verarbeitung, Warteschlange, Übertragung und Ausbreitung

  
  

1. Paketverlust: Tritt auf, wenn Routerpuffer voll sind.

2. Durchsatz: Rate, mit der Bits übermittelt werden.

3. Der Flaschenhals-Link bestimmt den maximalen Durchsatz.

Das ISO/OSI-Modell ist ein Referenzmodell für die Kommunikation in Netzwerken, bestehend aus sieben Schichten:

1. Bitübertragungsschicht: Überträgt Bits über physische Medien (z. B. Glasfaser).

2. Sicherungsschicht: Sichert fehlerfreie Datenübertragung (z. B. Ethernet).

3. Vermittlungsschicht: Routing und Adressierung von Datenpaketen (z. B. IP).

4. Transportschicht: Ende-zu-Ende-Verbindung, Fehlerkontrolle (z. B. TCP, UDP).

5. Sitzungsschicht: Verwaltung von Sitzungen, Synchronisation.

6. Darstellungsschicht (Präsentation): Datenkompression, Verschlüsselung, Formatierung (z. B. TLS).

7. Anwendungsschicht: Direkte Benutzerinteraktion, Anwendungsspezifische Protokolle (z. B. HTTP, DNS).

Im Internetstapel “fehlen” Sitzung- und Präsentationsschicht:

• Funktionen der Sitzungsschicht werden in das Anwendungsprotokoll integriert (z. B. bei HTTP, FTP) oder von der Transportschicht übernommen.

• Funktionen der Darstellungsschicht werden oft direkt von der Anwendungsschicht übernommen.

Anwendung (Application): unterstützen Netzanwendungen

• HTTP, IMAP, SMTP, DNS

Transport (Transport): Prozess-zu-Prozess Datenübertragung

• TCP, UDP

Vermittlung (Network): Routen von Datagrammen von Quelle zum Ziel Vermittlung

• IP, Routingprotokolle

Sicherung (Link): Datenübertragung zwischen benachbarten

Netzelementen

• Ethernet, 802.11 (WiFi), PPP

Bitübertragung (Physical): Bits “auf der Leitung”