Kommunikationsunterstützung:

Elementare Kommunikationstechniken

Kooperationsformen in verteilten Systemen

Kooperationsformen:

Benutzer- / Anwendungsebene - zwischen Organisationseinheiten, Menschen,... - z.B. Anfrage, Antwort, Auftrag, Mitteilung, Broadcast...

Kommunikationsformen (Kommunikationsmodell):

• verwendet zwischen Netzknoten, Rechnern, Prozessen, Anwendungen, ...• Alternativen: - Nachrichten,

- Prozeduraufrufe, - gemeinsam zugänglicher Speicherbereich (physisch/logisch)- ...

Kommunikationstechniken in verteilten Systemen

Kommunikationstechniken (generell):• Techniken zur Realisierung der Kommunikationsanforderungen• Alternativen: - Nachrichten versenden oder

- (physisch) gemeinsamen Speicher nutzen

Kommunikationstechniken (verteilte Umgebung):• kein (physisch) gemeinsamer Speicher vorhanden,

deshalb (physisch) immer nur Nachrichten versenden• aber: es gibt viele verschiedenen Arten, dies zu tun, und derartige Funktionen

den BenutzerInnen anzubieten

Zwischen allen Abstraktionsebenen:Implementierung der abstrakten Konzepte einer Ebene erfolgt immer durch konkrete Techniken der darunter liegenden Ebene!

Basis: Kommunikationstechnologie

Neuere Entwicklungen der Netzwerktechnologie (u.a.):• Kupfer --> Glasfaser --> Wireless• getrennte Netze für einzelne Dienst --> integrierte Netze / QOS• Volumen des Datenverkehrs übertrifft das der Sprachübertragung (VoIP: nur Daten!)• ...

Firma A“Internet”

Firma B

Teilelieferanten

“Intranet”

“Extranet”Kommunikationsstandards !!!

intranet

ISP

desktop computer:

backbone

satellite link

server:network link:

A typical portion of the Internet

[Coulouris/Dollimore/Kindberg: Figure 1.1 ff.]

vsis inf min uni hh ws 13_14 VIS-1 Komm-5

A typical intranet

VIS-1 Komm-6vsis inf min uni hh ws 13_14

Portable and handheld devices in a distributed system

VIS-1 Komm-7vsis inf min uni hh ws 13_14

Web servers and web browsers

Internet

Browsers

Web servers

www.google.com

www.w3c.org

standards

faq.html

File system ofwww.w3c.org

VIS-1 Komm-8

www.cdk5.net

http://www.google.comlsearch?q=obama

http://www.cdk5.net/

http://www.w3.org/standards/faq.html#conformance

vsis inf min uni hh ws 13_14

Computers vs. Web servers in the Internet

VIS-1 Komm-9

Date Computers Web servers Percentage

1993, July 1,776,000 130 0.008

1995, July 6,642,000 23,500 0.41997, July 19,540,000 1,203,096 61999, July 56,218,000 6,598,697 122001, July 125,888,197 31,299,592 25

42,298,3712003, July

2005, July

~200,000,000

353,284,187 67,571,581

21

19

[C/D/K/B12]

vsis inf min uni hh ws 13_14

Kommunikationstechniken:Grundlegende Netzdienste und -technologien

• Telefon, Telex, Telefax, ...• E-Mail, Btx, ..., Kabel-TV, Video-on-Demand...• Zugriff auf Dateien, Rechner, Datenbanken ...• Datex-L / -P / -J, 'Corporate Networks', ...• SMDS (Switched Multimegabit Data Service): Datex-M

Netzdienste:

• WANs: Fernsprechnetz (!), Miet- / Standleitungen,• öffentliche (z.B.Paket-) Vermittlungsnetze (wie Datex-P),• dienstintegrierende Netze (wie ISDN)

Kommunikationstechnologien:

• LANs: Ethernet, Token Ring, Token Bus, ...

• MANs: B-ISDN, FDDI, DQDB, ... ---> INTEGRATION (!?!):

Hochgeschwindigkeitskommunikation mit ATM (Asynchronous Transfer Mode)

• Wireless...: ...WLANs, ...WANs ---> GSM/GPRS/UMTS, IR, Bluetooth,...

Kommunikationstechniken:Netztopologien

Stern: Ring: vollst. vermascht:

Baum (Hierarchie):teilw. vermascht:Bus:

Anforderungen an die Kommunikationstechnik

Performanzkriterien:

Verzögerung ('Latency') [ sek ] : - abh. von Netzausdehnung (Distanz)

Datenübertragungszeit [ sek ] :

= Verzögerung [ sek ] + Datenmenge [ # Bits ] / Bandbreite [ # Bits / sek ]

Bandbreite ('Bandwidth' od. 'Data Transfer Rate') [ # Bits / sek ] ̶ auch: „Datenübertragsrate“ : übertragbares Datenvolumen pro Zeiteinheit

Zuverlässigkeitskriterien:

Garantie über maximal mögliche Datenverlust- od. -fehlerrate [ 10 -n ]

Unterschiedliche Anforderungen - je nach Daten- bzw. Dienstart

---> "Quality of Service" (QoS) - Parameter

Arten von Netzwerkennach: [Coulouris/Dollimore/Kindberg, Pearson Education, 5. Auflage, 2012]

Kommunikationsnetze: Hardware

A) Übertragungsleistung früher (ca. 1990) :

Netztyp Ausdehnung Verzögerung Bandweite 1 KB?

Cluster 100 m 0,5 µs 1 Gbit/s 10 µsLAN 1 km 5 µs 10 Mbit/s 1 msMAN 100 km 0,5 ms 1 Mbit/s 10 msWAN 10 000 km 50 ms 50 Kbit/s 210 ms

B) Übertragungsleistung ab ca. 2000 :Netztyp Ausdehnung Verzögerung Bandweite 1 KB?

Cluster 100 m 0,5 µs 1-10 Gbit/s 5 µsLAN 1 km 5 µs 1-10 Gbit/s 10 µsMAN 100 km 0,5 ms 100 Mbit/s 0,6 msWAN 10 000 km 50 ms 100 Mbit/s 50 ms

Distanz # BitsÜbertragungszeit = ------------- + ---------------- [sek]

Cm Bandweite

Annahmen:Cm = ca. 300 Mio m/sek

Latency = ca. Distanz / Cm

nach: [Gray/Reuter: 'Transaction Pro-cessing', Morgan Kaufman Pub., 1993]

Lokale Netze (LAN): IEEE-Standards

• direkte Übertragung von Nachrichten ohne Zwischenspeicherung

• hohe Übertragungsrate (bis zu 16/100/1000/10000 Mbit/s)

• Broadcast-Kommunikation - relativ zuverlässig

• Basis: IEEE-Standards 802.x: Higher Layer Interfaces (IEEE 802.1)

Logical Link Control (LLC, IEEE 802.2)

• Beispiele:

+ MANs: DQDB + FDDI(IEEE 802.6)

+ Broadband (IEEE 802.7)

Ethernet - CSMA/CD (IEEE 802.3)Token Bus (IEEE 802.4)Token Ring (IEEE 802.5)...Wireless LAN (IEEE 802.11), …Personal Area Networks (IEEE 802.15)WIMAX (IEEE 802.16)…

802.2 LLC

MAC802.3 802.4 802.5 802.6 ...

IEEE Stan-dards für ISO/OSILayer 2

802.1

------------------- Media Access Control, MAC --------------------

802.7 802.11 802.16...

IEEE 802 Netzwerk-Standards

IEEE No. Name Title Reference802.3 Ethernet CSMA/CD Networks (Ethernet) [IEEE 1985a]

802.4 Token Bus Networks [IEEE 1985b]802.5 Token Ring Networks [IEEE 1985c]802.6 Metropolitan Area Networks [IEEE 1994]

802.11 WiFi Wireless Local Area Networks [IEEE 1999]

802.15.1 Bluetooth Wireless Personal Area Networks [IEEE 2002]802.15.4 ZigBee Wireless Sensor Networks [IEEE 2003]802.16 WiMAX Wireless Metropolitan Area Networks [IEEE 2004a]802.17 Resilient Package Ring802.18 Radio Regulatory802.19 Wireless Coexistence802.20 Mobile Broadband Wireless Access

[IEEE 2012][IEEE 2011]WRAN

Virtuelle Netztopologien

Monitor-station

Repeater /Hubs (L 1)

+ Bridges /Switches (L 2)

+ Router (L 3)

+ Gateways (L 4+)

Bus Ring

Beispiel: 'Ethernet'

• entwickelt am Xerox PARC, 1973

• Bus-Netzwerk

• Paket-Layout:

• Zugriffsmethode: Carrier Sense with Multiple Access and Collision Detection (CSMA/CD)

• keine Längenangabe der Daten! (Dafür 9,6 µsec Pause nach jedem Paket)

• Übertragungsrate zunächst ca. 10 Mbit/s - Fast Ethernet:100 Mbit/s, 1, 10 Gbit/s…

Zieladresse Absenderadresse Typ Daten Checksum

6 6 2 46 - 1,5k 4 Bytes

(IEEE 802.3)

Ethernet: Entwicklungsstufen

10Base5 10BaseT 100BaseT 1000BaseT

Data rate 10 Mbps 10 Mbps 100 Mbps 1000 Mbps

Max. segment lengths:

Twisted wire (UTP) 100 m 100 m 100 m 25 m

Coaxial cable (STP) 500 m 500 m 500 m 25 m

Multi-mode fibre 2000 m 2000 m 500 m 500 m

Mono-mode fibre 25000 m 25000 m 20000 m 2000 m

CSMA/CDCarrier Sense

Multiple Access

Collision Detection

unfair !

Beispiel: 'Cambridge Ring'

• entwickelt an der Cambridge University, 1970

• unidirektionaler Ring

• Paket-Layout:

• Zugriffsmethode: slotted ring

• Übertragungsrate 10 Mbit/s

• Monitor-Station

preamble full/empty monitor source destinat. data responsebit bit bit adr. adr. (16 Bits) bit

1 1 1 8 8 16 2 bits

fair !

freight-train

Beispiel: 'Token Ring'

Token receiver sender data checksum end_delimiter frame status

• entwickelt bei IBM, 1977

• unidirektionaler Ring

• Paket-Layout:

• Zugriffsmethode: Token

• Übertragungsrate zunächst ca. 4-16 Mbit/s (später auch 100 Mbit/s etc.)

• Monitor-Station

starting access framedelimiter control control

3 6 6 - 5 k 4 1 1 Bytes

(IEEE 802.5)

„faires“ Protokoll !

Beispiel:„Token-Ring“-Proto-

koll

D

C

B

A

Tokenfrei

D

C

B

A

Tokenbelegt

Daten Datenkopiert

D

C

B

A

Tokenfrei

DatenD

C

B

A

Ethernet vs. Token Ring

- keine Monitorstation nötig

- keine Repeater an jeder Station nötig

- relativ lange Nachrichten

- unbestimmte Länge des Rings

- Erhöhung der Übertragungsratebis zu 100 MBit/sek möglich

annähernd gleiche Leistungsfähigkeit und Einsatz in der Praxis

fair !unfair !

Netzwerkebene: Alternative Übertragungstechniken

A) Paketvermittlung

B) Nachrichtenvermittlung

C) Leitungsvermittlung

- Aufteilung der Nachricht in Pakete fester Länge- unabhängige Wegewahl- Protokolle für Reihenfolge, Fehler ...

- Versenden von Nachrichten- Zusammensetzen der Nachricht an jedem Knoten- relativ zuverlässig

- Verbindungsaufbau, exklusive Nutzung der Verbindung- danach effiziente Übertragung

eher für kurze Nachrichten im WAN geeignet

eher für lokale Netze

eher für lange Nachrichten effizient

'End-to-end'-Verzögerung bei lokalen / Weitverkehrsnetzen

A B C A B C A B C

Paketvermittlung Nachrichten-vermittlung Leitungsvermittlung

Zeit

Weitverkehrsnetze (WAN)

Host

Packet SwitchingExchange (PSE)

• „store and forward“-Kommunikation

• relativ geringe Übertragungsrate (früher z.B. nur 2 bis 10 kbit/s)

• Pakete können z.B. verloren, dupliziert, verändert werden und dieReihenfolge kann vertauscht werden

Interface Message Processor (IMP)

Frühes Beispiel: ‚ARPA-Net‘ --> Internet

(zunächst) weniger zuverlässige Übertragung

Kontinuierliche Datenübertragung: Streams

Sitzungskontext: gemeinsame Vereinbarung über KontextÜbertragungsarten: - asynchron

- synchron- isochron

Quality of Service: flow/line specific

sending process

Program

receiving process

Program

OS OSStream

Network

DB

vsis inf min uni hh ws 13_14 VIS-1 Komm-28

Hardware/Software-Abstraktionsebenen

Protokoll = Regeln zur Kommunikation zwischen Software-Modulen verschiede-ner Rechner derselben Ebene (Reihenfolgen+Nachrichtenformate)

Dienst = untere Ebenen bieten den oberen einen Dienst an

Software-Aufbau:

2.1 2.2 2.3

1.1 1.2 1.3

Inter- / Intra-Ebenen- (i.e. Prozess-) Kommunikation

a) Intra-Ebenen: zuverlässig, 'Peer-to-peer'-Protokoll

b) Inter-Ebenen: 'aktive'/'passive' Komponenten, 'Up'/down'-Aufrufe,prozedural, 'Remote Procedure Call'

... ... ...

Geschichtete Kommunikationsprotokolle

Layer n

Layer 2

Layer 1

Message sent Message received

phys. communi-cation medium

Sender Recipient

Protokollaufbau nach dem ISO/OSI-Referenzmodell

Application

Presentation

Session

Transport

Network

Data link

Physical

Message sent Message received

Sender Recipient

Layers

phys. communi-cation medium

Kommunikationsnachrichten: geschachtelter Aufbau

Presentation header

Application-layer message

Session header

Transport header

Network header

Beispiel für SW-Abstraktion: ISO/OSI-Referenzmodellfür die Kommunikation in heterogenen verteilten Systemen

Knoten A Knoten B

‘Store-andforward’-Knoten

Anwendungsschicht

Darstellungsschicht

Kommunikations-steuerungsschicht

Transportschicht

Vermittlungsschicht

Sicherungsschicht

physikalische Schicht

Anwendungsschicht

Darstellungsschicht

Kommunikations-steuerungsschicht

Transportschicht

Vermittlungsschicht

Sicherungsschicht

physikalische Schicht

Vermittlungsschicht

Sicherungsschicht

physikalische Schicht

Host HostPSE (Packet Switching Ex-change)

ISO/OSI-Anwendungs-schicht: klassisches Modell

• Unterstützung der Kommunikation von Anwendungsprozessen

• allgemeine Dienstelemente (CASE)

• höhere Dienstelemente (SASE)

• sonstige:

- Association Control (ACSE)- Commitment, Concurrency and Recovery (CCR)- (Distributed) Transaction Processing (TP)- Remote Operation Service (ROSE)

- File Transfer Access Module (FTAM)- Virtual Terminal (VTP)- Remote Database Access (RDA)

ASE: Application Service Element

- Naming/ Directory- Time Service- Transaction Management- Security- HTTP, FTP, SMTP, CORBA IIOP, ...

ISO/OSI-Darstellungsschicht

• abstrakte Syntax

+ Kodierungsregeln

=> konkrete Transfersyntax

-> Menge aller (abstrakt) vereinbarten Typdefinitionen

-> ISO/OSI-Bsp.: ASN.1

-> Regeln zur Kodierung der Daten

-> ISO/OSI-Bsp.: Basic Encoding Rules

= abstrakte Transfersyntax + 'Basic Encoding Rules'

kodiert auszutauschende Daten gemäß einer vereinbarten Syntax

+ Secure Sockets (SSL), CORBA Data Representation, ...

ISO/OSI-Transportschicht• Bereitstellung eines vom Netzwerk unabhängigen Transportdienstes

zwischen Paaren von Ports / Prozessen

• Aufgaben:

• Fehlererkennung / - korrektur:

- Aushandeln einer Transportklasse(Zuverlässigkeit, verbindungsorientiert/-los, Effizienz, ...)

- meist verbindungsorientierte Übertragung- Segmentierung der Nachrichten in Pakete- Sequenznummer für Pakete

Klassen 0 - 4

ISO/OSI- Kommunikationssteuerungsschicht• Synchronisation zweier Partnerinstanzen (half/full duplex)• Management virtueller Verbindungen - Verbindungsauf- und Abbau

- Datentransfer- Dialogkontrolle mittels Token- Synchronisation des Datenflusses

+ TCP, UDP (s.u.)

ISO/OSI-Vermittlungsschicht• transportiert Pakete im Standardformat des Netzwerkesvom Absender- zum Empfängerknoten

• führt Routing durch• Beispiele: IP, ATM virtual circuits

ISO/OSI- Physikalische Schicht

ISO/OSI- Sicherungsschicht• fehlerfreie Übertragung zwischen direkt verbundenen Rechnern

• Mechanismen zur: - Fehlerbehandlung- Fehlererholung- Flusskontrolle

• Übertragung von Sequenzen von binären Daten durch analoge Signale

Logical Link Control (LLC)----------------------------------------Media Access Control (MAC)

LLC: IEEE - Standards 802.1/2MAC: IEEE - Standards 802.3/4/5/6, ...

---> IEEE - Standards 802.3/4/5/6...

Bsp.: Ethernet MAC, ATM cell transfer, PPP

Bsp.: Ethernet base band signalling, ISDN

Ziele des ISO/OSI-Modells• standardisierte Datenübertragung in heterogenen Weitverkehrsnetzen

• verbindungsorientierte Übertragung,

• Erweiterungen für verbindungslose Kommunikation

Ziel der Kommunikation in VS• hohe Zuverlässigkeit

• hohe Leistungsfähigkeit LAN

• Mehrzahl des Verkehrs innerhalb des VS läuft im lokalen Netz ab

• Ziel der Kommunikation: Unterstützung entfernter Prozeduraufrufe

gleiche Effektivität wie im zentralen System trotz Auf-teilung der Systemfunktionen auf mehrere ServerZIEL:

„Leichtgewichtigere“ Protokolle: Beispiel TCP/IP

• OSI-Implementierungen oft zu schwergewichtig, benötigt werden leicht-gewichtige Protokolle und Implementierungen

• meist verbindungslose Kommunikation

• LAN relativ zuverlässig, daher Fehlerbehandlung durch RPC ("End-to-end"-Argument [Saltzer 1988])

• Client/Server-Kommunikation mit möglichst geringer Verzögerung

RPC

XDR, XDR-Routinen

UDP / TCP

IP

Netzwerk

Anwendungsschicht

Physikalische Schicht

Netzwerkschicht

Darstellungsschicht, Präsentationsfunktion

Transportschicht Bsp.:TCP/IP

FTP client

TCP

IP

Ethernetdriver

Ethernetdriver

IP

token ringdriver

router

FTP server

TCP

IP

token ringdriver

Ethernet Token Ring

TCP/IP-Kommunikationstechnologie

Standardisierter Datenkommunikation: Beispiel 'Unix-Sockets'

Stream/Datagram Socket

TCP / UDP

IP

z.B. Ethernet-Treiber

Stream/Datagram Socket

TCP / UDP

IP

z.B. Ethernet-Treiber

• Stream-Sockets (TCP: Transport Control Protocol):

• Datagram-Sockets (UDP: User Datagram Protocol):

- verbindungsorientiert, zuverlässige Kommunikation - geordnete Nachrichten

- verbindungslose,unzuverlässige Kommunikation- schneller- ungeordnete Nachrichten

TCP/IP Ebenen

Messages (UDP) or Streams (TCP)

Application

Transport

Internet

UDP or TCP packets

IP datagrams

Network-specific frames

MessageLayers

Underlying network

Network interface

Sockets und Ports

message

agreed portany port socketsocket

Internet address = 138.37.88.249Internet address = 138.37.94.248

other ports

client server

Geschachtelte TCP/IP-Nachricht

Application message

TCP header

IP header

Ethernet header

Ethernet frame

port

TCP

IP

a) Datagram-Sockets

Client

s = socket (..., Datagram,...). . .

bind (s, ClientAddress)

. . .

sendto (s, "msg",ServerAddress)

s‘ = socket (..., Datagram,...). . .

bind (s‘, ServerAddress)

. . .

msg = recvfrom (s‘, buffer,from)

Server

Client- / ServerAddress: Socket-ID = Internet-Adresse + Port-ID

b) Stream-Sockets

Klient

s = socket (...,STREAM,...). . .

connect (s, ServerAddress). . .

write (s, "msg", length)

s‘ = socket (...,STREAM,...). . .

bind (s‘, ServerAddress)listen (s‘,5). . .

sNew = accept (s‘, from). . .n = read (sNew, buffer, amount)

Server

Erzeugen eines neuen Sockets

virtuelle Verbindung(write/send, read/receive)

Betriebssystem

SMTP

TCP/IP Stack

HTTPNNTP

POP/IMAP X11

Hardware

Server-basierte Applikationen

Beispiel: Aufbau eines TCP/IP-Servers

MobileIP Routing-Mechanismus

Sender

Home

Mobile host MH

Foreign agent FAInternet

agent

First IP packet addressed to MH

Address of FAreturned to sender

First IP packettunnelled to FA

Subsequent IP packetstunnelled to FA

vsis inf min uni hh ws 12_13 VIS-1 Komm-48

Anwendungsnahe Kommunikationsunterstützung

Sitzungen ('Sessions'/ 'Associations')

• feste Beziehung zwischen kommunizierenden Prozessen auf Anwendungs-ebene mit vereinbarten Eigenschaften (Namen, Ressourcen, Charakteristika...)

• gemeinsamen Zustand zwischen Kommunikationspartnern während der Dauer der Session aufrechterhalten

• Mechanismen zur Authentisierung und Autorisierung

Blockierende vs. nicht blockierende Protokolle

Kommunikation zwischen Sender und Empfänger a) synchron: Sender blockiert bis zur Antwortb) asynchron: send / receive explizit programmiert

Formen des Nachrichtenaustausches in verteilten Systemen

asynchron synchron

mitteilungs-orientiert

auftrags-orientiert

No-wait-send Rendezvous

Remote Service/Method RPCInvocation

---> Nachrichtenaustausch zwischen Paaren von Sockets(Socket-ID = Netzwerkadresse + Port-ID)

Kommunikationsstrukturmeist RPC

Transportschicht:

Bsp. für asynchrone Nachrichtenübertragung

send (socket_id,message)

receive (socket_id)

Prozess wartet aufNachricht

send (socket_id,message)Prozess fährt mit derAusführung fort

receive (socket_id)Prozess wartet aufNachricht

---> 4 Aktionen pro Prozeduraufruf und -antwort

. . . . . .

Optimiertes synchrones Transportprotokoll -'Amoeba-Nachrichtentransaktion'

---> 3 Aktionen pro RPC !

DoOp (SvrId, req_header, req_buffer, req_len,resp_header, resp_buffer, resp_len)

GetRequest (..., CltId, req_header, req_buffer, req_len)

SendReply (CltId, ..., resp_header, resp_buffer,resp_len)

Client Server

blockiert

blockiertTA ! execute

request

Asynchrone vs. synchrone Interprozesskommunikation (IPK)

- bessere Effizienz, da hoher Grad an Parallelität

- nicht blockierendes Senden ist einfach zu implementieren

- nicht blockierendes Empfangen ist schwierig zu implementieren:-> Pufferung von Nachrichten (Mailbox)

-> Anzeigen von ankommenden Nachrichten (Interupts)

-> Server muss sich sämtliche Zustände merken

• Asynchrone (nicht blockierende) IPK

• schlechtere Effizienz, da blockierend

• einfachere Synchronisation

• einfacheres Programmiermodell (!)

• Synchrone (blockierende) IPK

Implementation synchroner IPK mittels Threads

- sehr effizient, da hoher Grad an Parallelität:

-> Wenn ein Thread blockiert, fährt ein anderer Thread desselben Clusters fort

- einfache Implementation

- einfache Synchronisation

- Realisierung von Servern: a) Pool von Threads

b) Erzeugen eines neuen Threads bei Ankunfteines Client-Requests

FAZIT: Möglichkeiten zur Parallelität auf:

a) Anwendungsebene: asynchrone Kommunikation und Scheduling durch Anwendung selbst (problematisch !)

b) Systemebene: parallele Prozesse / Threads (verwaltet durch BS/Middleware !)und dennoch synchrone Kommunikation auf der Anwendungsebene

einfachere Programmierung !

Effizienzsteigerung: optimierte Protokolle & Hochgeschwindigkeitsnetze

• FDDI (Fiber Distributed Data Interface)• DQDB (Distributed Queue Dual Bus)

---> 100 bis 150 Mbit/s und mehr---> Integration von Daten, Audio, Video

• ATM (Asynchronous Transfer Mode) / HS-Netze:---> LAN/ MAN/ WAN

Hardware-Beispiel:Metropolitan AreaNetworks (MAN):

+ allgemeine Hochgeschwindigkeitsnetze (wie z.B. B-ISDN)

• aktives Warten von Prozessen in Multi-Prozessor-Systemen

• effiziente Flusskontrolle --> selektive wiederholte Übertragung

• Vermeidung des Kopierens von Daten

• Übertragung großer Datenpakete

• . . .

Software-Beispiel:

optimierteTransport-protokolle o

o

o

oo o

Metropolitan Area Networks (MAN): z.B. ‚Fiber Distributed Data Interface‘ (FDDI)

Topologie:

Dual Ring, bis zu 100 km lang, bis zu 500 Stationen

Übertragungsmedium:

Glasfaserkabel (Kupferkabel)

Bandbreite: ca. 100 Mbit/s

Media Access Control: Token Passing

Synchroner und asynchroner Dienst: Daten- und Sprachübertragung

Anwendungsgebiete:

Großrechner - Peripherie (z.B. Disks)Backbone für verschiedene lokale Netze (!)Multimedia-Kommunikation (!?!) - aber: nicht isochron !

(IEEE 802.6)

FDDI-Anschlüsse

• Unterteilung von Class-A und Class-B Geräten• Class-A Geräte: 2-Anschlüsse, direkte Einbindung möglich (Router, Konzentrato-

ren, Workstations, …)• Class-B Geräte: werden über Konzentratoren angeschlossen• Ausfall eines SAS kann vom Konzentrator über Bypass gehandhabt werden• Anschlussmöglichkeiten: SAS, DAS, Dual-Homing

[Wikipedia 2008]

'Metropolitan Area Networks' (MAN): Beispiel 'Distributed Queue Dual Bus' (DQDB)

Topologie: (Point-to-point/Open/Looped) Dual Bus mit Datentransport in entgegen gesetzter Richtung, 2-fach unidirektional

Übertragungssystem: hybrid

Bandbreite: ca. 140 Mbit/s (Datex-M: n*64 kbit/s, n*2 Mbit/s, 34 Mbit/s)

Zugriffsverfahren: verteilte Warteschlange (mit Request Counter)

Vermittlungsart: Zellenvermittlung (mit Zellen a 53 Bytes - wie ATM),Paketvermittlung, verbindungslose Kommunikation

Isochroner (!) Dienst: z.B. für Video- und Audioübertragung(mit Zellreservierung) möglich

Anwendungsgebiete:Netzkopplung, Multimedia-Kommunikation, ... :--> Switched Multimedia Data Services (SMDS) - wie z.B. Datex-M

(IEEE 802.6)

Beispielkonfiguration für DQDB

Station X

Station Y

Station Z

Data

Station X

Station Y

Station Z

A

B

Signal

Data

Bus1

Bus2

Bus2

Bus1

Signal

DQDB-Zugriffsverfahren: verteilte Warteschlange

BusyBit 0

RequestBitZelle Busy

Bit 1RequestBitZelle Bus 1

Request Counter Count Down CounterKnoteninaktiv:

-1 (freie Zelle)

BusyBit

RequestBit 1 Zelle

Bus 2+1 (neue Anforderung)

BusyBit

RequestBit 0 Zelle

BusyBit 0

RequestBitZelle Busy

Bit 1RequestBitZelle Bus 1

Request Counter Count Down Counter (=0?)Knotensende-willig:

-1 (freie Zelle)

BusyBit

RequestBit 1 Zelle

Bus 2+1 (neue Anforderung)

BusyBit

RequestBit 1 Zelle

A

B

Hochgeschwindigkeitsnetze: Beispiel 'Asynchronous Transfer Mode' (ATM)

Virt. Path Id Virt. Channel Id Flags Data (48B)

(CCITT I.150)ITU-T

- integrierte Übertragung unterschiedlicher Datenströme(z.B. 32 Kbit/s: Sprache, Fax, Video; 100-150 Mbit/s: HDTV,...)

- schnelles Paketvermittlungsnetz (z.B. B-ISDN, 155/622 Mbit/s )

- kleine Pakete fester Größe (5+48=53 Bytes)

- 3-Ebenen-Kommunikationsabstraktion

ATM-Zelle:

Physical Layer ATM Layer ATM Adaptation Layer

ATM CellsATM Virtual Channels

Höhere ProtokolleAnwendung

VC

VCVC VP

VPVP

VPSwitch

VP: Virtual PathVC: Virtual Channel

ATM Protokoll-Ebenen

ATM Switching

AUSBLICK: Analogien allgemeiner Versorgungsnetze

Ebene 4 Transport von Personen-+ Flugreisen elektr. Ferngespräche Inform.-Pers.+Waren Gütertransp. Geräte nutzung

Ebene 3 Transport un- Bundes- Luftfahrt- Strom- Kommun.- Inform.ternehmen bahn gesellsch. werke gesellsch. anbieter

Ebene 2 Kraftfahr- Züge + Flugzeuge elektr. Telefon + Anw., SW zeuge Loks Masch. Fax Endgeräte

Ebene 1 Straßen Schienen Luftraum Stromnetz Telefonnetz NII StVO Signale Flugh.,-Ktrl.

Finanz. Steuern Eb.3 Landegeb. Eb.3 Pausch., ???von Eb.1 Ebene 3

Straßenverk. Schienenv. Luftfahrt Elektro. Fernsprech. Info.dienst

Infrastruktur ist entscheidend für industrielle Anwendungen !