Netzkategorien
Local-Area Networks (LAN)
Ein LAN ist auf ein Firmen- oder Campusgelände begrenzt und in seiner Ausdehnung begrenzt. Ein Beispiel ist das Netzwerk der Hochschule innerhalb und zwischen den Gebäuden.
Ziel: gemeinsame Ressourcennutzung für Speicher, Drucker und Dienste
Wide-Area Networks (WAN)
WANs verbinden die unterschiedlichen LANs der Unternehmen über eine gesonderte Infrastruktur, die sich im Besitz spezialisierter Dienstleister (Provider) befindet. Ähnlich wie das Autobahnnetzt, das Orte nicht direkt verbindet, besitzt ein WAN keine explizit angebundenen Teilnehmerstationen
Internet
Das Internet ist ein weltumspannendes Wide Area Network.
Zur Kommunikation innerhalb der Internets wird das Internet Protokoll (IP) verwendet.
Jeder Teilnehmer ist eindeutig addressierbar. Die globale Adressvergabe erfolgt durch die Internet Assigned Numbers Authority (IANA).
Neben IP sind entscheidende Protokolle im Internet: Transmission Control Protocol (TCP), Domain Name System (DNS), Hyper Text Transfer Protocol (HTTP) welche in Request For Comments (RFC) standardisiert werden.
Netzwerkprotokolle - Funktionen
Festlegung der Struktur und des Inhaltes von Nachrichten
Regelung des Auf- und Abbaus von Verbindungen
Mechanismen zur Erkennung und Bearbeitung von Fehlern
Austausch von Informationen zwischen Netzwerkgeräten
Diese Funktionen werden in Standards festgehalten und ermöglichen einer herstellerunabhängige Kommunikation.
Im Internet werden diese Standards Request For Comment (RFC) genannt.
Netzwerkprotokolle - Referenzmodell
Verschiedene Aspekte müssen definiert werden:
Physikalische Übertragung
Inhaltliche Darstellung
Regelung der Abläufe
…
Um diese Komplexität zu beherrschen werden verschiedene Funktionen in unterschiedliche Schichten gruppiert und durch verschiedene Protokolle implementiert.
Diese Aufteilung wird als Referenzmodell bezeichnet.
Warum Schichtenaufbau?
Explizite Struktur erleichtert Überblick über komplexe Probleme
Modularisierung erleichtert die Pflege und Aktualisierung des Systems
Ersatz einer Schicht betrifft die anderen nicht
OSI Referenzmodell
Open System Interconnectior Modell (OSI) ist ein Modell für Netzwerkkommunikation
Es besteht aus 7 Schichten
In der Praxis werden häufig vereinfachte Modelle verwendet
Bitübertragungsschicht
Mechanische Schnittstelle: Stecker, Leitungsparameter (mechanisch), …
Elektrische/ Optische Schnittstelle:
Darstellung Bit in elektrisches/ optisches Signal
Leitungsparameter (elektrisch)
Sicherungsschicht
Zuverlässige und fehlerfreie Übertragung
z.B. Prüfsummen zur Erkennung von Fehlern
Aufteilung der Daten in Pakete (Frames)
Kanalzugriffsverfahren
Flusskontrolle: Anpassung der Geschwindigkeit
Transportschicht
Segmentierung von Daten in einzelne Segment, Beispiel: Applikation sendet 10MB, diese werden in 10 x 1MByte Segmente aufgeteilt.
Stauvermeidung
Flusskontrolle
Kommunikationssteuerungsschicht
Kontrolle der Kommunikation
Prozesskommunikation zwischen Systemen
Aufbau, Kontrolle, Beenden von Verbindungen
Wiederherstellung von Verbindungen
Darstellungsschicht
Aufbereitung der Daten bzgl. des Endsystems
Kodierung von Daten: ASCII, UTF8, Little/Big Endian
Datenkompression
Datenverschlüsselung
Anwendungsschicht
Schnittstelle für die Anwendung, aber nicht die Anwendung selber
Beispiel: HTTP wird zur Übertragung von Webseiten genutzt, Webbrowser ist die dazugehörige Anwendung.
TCP/IP vs. OSI Referenzmodell
Im Internet wird das vereinfachte TCP/IP Modell verwendet.
Wir nutzen das vereinfachte Modell.
Schichtenmodell
Horizontale (logische) Verbindung: Zwischen horizontalen Schichten wird eine logische Verbindung aufgebaut.
Beispiel: IP Adressen werden nur in Vermittlungsschicht ausgewertet.
Vertikaler Datenfluss: höhere Schichten nutzen Dienste unterer Schichten zur Datenübertragung
Schichtenmodell - Encapsulation
Typische Protokolle im Internet: HTTP, TCP, IP, Ethernet/Wifi
Jede Schicht fügt den Daten Informationen hinzu:
Header: vor den Daten der höheren Schicht
Footer nach den Daten der höheren Schicht
Daten plus Verwaltungsinformationen heißt Protocol Data Unit (PDU)
Wird die PDU an die untere Schicht übergeben, heißt diese Service Data Unit (SDU), diese Schicht erstellt eine neue PDU
Auswertung der Header/Footer nur in der jeweiligen Schicht => logische Verbindung
Größe der Pakete wird durch Header/Footer vergrößert
Die Bedeutung der Bandbreite
Sie ist begrenzt
Sie ist bares Geld wert
Sie ist ein wichtiger Maßstab für die Netzwerkleistung
Sie ist eine wichtige Größe für das Netzdesign
Sie ist der Schlüssel zum Verständnis des Informationszeitalters
Jeder will mehr davon haben
Bandbreitenmaße
Bandbreite (Informatik) ist ein Maß dafür, wie viele Informationen innerhalb einer bestimmten Zeit von einem Ort zu einem anderen fließen können. Die Maßeinheit dafür ist bits per second (bps).
Bandbreite (Elektrotechnik) gibt die breite des Frequenzspektrums von Signalen an, z.B. hat der Mobilfunktstandard LTE eine Bandbreite von bis zu 20 MHz.
Durchsatz gibt die aktuell tranportierte Datenmenge an und spiegelt damit die augenblickliche Verkehrssituation wieder
Goodput ist ein Maß für die übertragenen Nutzdaten, d.h. Nettodaten ohne Protokolloverhead
Einflussfaktoren auf die Bandbreite
PCs als Client
Server
weitere Anwender (Paketvermittlung)
Routing
Design des Netzes
Tageszeit
Art der übertragenen Daten (Video vs. Telefonie vs. File Download)
Multiplexing
Multiplexing bedeutet, dass mehre eigenständige Datenströme unabhängig voneinander und ohne sich gegenseitig zu beeinflussen über ein physikalisches Medium übertragen werden.
Damit wird die Übertragung mehrerer logischer Verbindungen über ein Kabel/ Link ermöglicht.
Frequenzmultiplex
Das zu übertragende Signal wird auf eine Trägerfrequenz aufmoduliert und die modulierte Frequenz übertragen
Auf diese Weise können über dieselbe Leitung mehrere Trägerfrequenzen gleichzeitig übertragen werden, so dass mehrere Übertragungen parallel über eine physikalische Leitung erfolgen können - Verfahren in Mobilfunktnetzen
Die Benutzer benutzen verschiedene Frequenzen, die sich nicht stören.
Zeitmultiplex
Die Benutzer wechseln sich zu verschiedenen Zeitpunkten in der Bentzung der Verbindung ab.
Die Leitung wird jedem Kanal für eine kurze Zeitspanne zur Verfügung gestellt.
Ein Rahmen teilt sich in N Zeitschlitze (Slots) auf, die einem Kanal zur Verfügung stehen. So bekommt jeder Kanal die Gelegenheit, pro Rahmen einen Zeitschlitz zu nutzen
Übertragungsrichtung
simplex: Nachrichtenübertragung in eine Richtung - Datenfluss vom Sender zum Empfänger
halbduplex: Nachrichtenübertragung wechselseitig in beide Richtungen, aber nur eine Richtung zur Zeit
duplex: gleichzeitiger Sende- und Empfangsbetrieb innerhalb einer Station - autonomer Nachrichtenaustausch zwischen zwei Knoten eines Netzes
Kommunikationsbeziehungen
Unicast: Punkt-zu-Punkt-Verbindung zwischen einem Sender und einem Empfänger
Multicast: Punkt-zu-Gruppe-Verbindung bei der eine Nachricht an eine Gruppe von Empfängern gesendet wird
Broadcast: Punkt-zu-alle-Verbindung bei der eine Nachricht allen erreichbaren Netzknoten zugestellt wird
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