Das Internet - wie funktioniert es und was kommt danach?...Das Internet 1 Alle Rechte vorbehalten...

Prof. Dr.-Ing. U. TrickFH Frankfurt am MainFachgebiet Digitale Übertragungstechnik - Telekommunikationsnetze

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Das Internet -wie funktioniert es und

was kommt danach?


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− Umschreibung, Definitionen∗ Menge von Rechnern, die über die ganze Welt verteilt sind und über eine Vielzahl von

Subnetzen auf der Basis des IP-Protokollstacks miteinander kommunizieren∗ Gesamtheit aller IP nutzenden Netze∗ Alle Netze, die per E-Mail erreichbar sind

− Geschichte∗ Ursprünglich als dezentral organisiertes, störunanfälliges Netz für militärische

Anwendungen konzipiert:erstes paketvermitteltes Netz, ARPANET, 1969

∗ TCP/IP ab 1983:IP = Internet Protocol, TCP = Transmission Control Protocol

∗ Ab 1986 auch Teile für US-Wissenschaftsnetz genutzt∗ Ab 1989 auch kommerzielle Nutzung durch Online-Diensteanbieter

Das Internet - Definition und Geschichte


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Paketvermittlung im Internet

Daten

DatenKopf/HeaderDatagramm

IP-Datenpakete

− Verbindungslose Kommunikation∗ Nachrichtenaustausch und Verbindungsauf-/abbau finden quasi gleichzeitig statt∗ Gesendete Datenpakete enthalten nicht nur Nutzdaten, sondern im Header auch

Ursprungs- und Zieladresse


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Aufbau des Internet

− Clients = Rechner mit SW beim Anwender

− Server = Rechner mit SW beim Diensteanbieter

− Router∗ Datenpaketvermittlungsstelle∗ zur Vernetzung verschiedener Subnetze mittels IP-Protokoll∗ Routing: Wahl des optimalen Datenpaketwegs in Abhängigkeit von Durchsatz,

Gebühren, Verzögerung oder Bitfehlerrate→ Routing-Tabelle mit IP-Adressen anderer Router

− Netze bzw. Subnetze zwischen den Routern,bieten nur Übertragungskapazität

− Internet-Zugang für Clients∗ Festverbindung∗ POP = Point Of Presence


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Transportnetz

ISDN ATM-Netz

IP-Netz IP-Netz

POP

64-kbit/s-Vermittlunga/b

ISDN

Festver-bindung

POP = Point Of PresenceIP = Internet ProtocolADSL = Asymmetric Digital Subscriber Line

ADSL

Client

IP-Router

ATM-Vermittlung

ATM = Asynchronous Transfer ModeLAN = Local Area Network

ATM

IP-Router

IP-Router

IP-Router

LANLAN

IP-Router

IP-Router

IP-Router

Server

Server

Server

Client

Internet-Netzstruktur


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Server

ISDN-Vermittlung

POP Internet

Daten-netz-

schnitt-stelle

PPP-Abschlüsse

ISDN-Abschlüsse

IP-Router

a/b-Abschlüsse,

Modems

ISDN = Integrated Services Digital NetworkADSL = Asymmetric Digital Subsciber LinePPP = Point to Point Protocol

ADSL-Abschlüsse

ADSL

a/bISDN

POP (Point Of Presence)


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Rechner - POP-Kommunikation

1. Modemverbindung aufbauen

2. PPP-Protokollverbindung (Point to Point Protocol) aufbauen

3. Dynamische Zuweisung der IP-Adresse, Authentifizierung

4. IP-Pakete senden und empfangen

5. Freigabe der IP-Adresse

6. PPP-Verbindung beenden

7. Modemverbindung abbauen


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− Internet = IP-basiertes, sich aus Subnetzen bildendes Packetnetz, dasVermittlungs- und Transportnetze zur Übertragung der IP-Pakete nutzt

→ Netz, das mit speziellen Protokollen arbeitet (IP, TCP etc.) und andere, darunterliegende Netze nutzt

Das Internet


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− Vermittlung im Internet → IP = Internet Protocol

− Verbindungsloser Nachrichtenaustausch, Datagramm-Dienst

− Für jedes Datenpaket neue Wegesuche→ korrekte Reihenfolge der IP-Pakete nicht sichergestellt

− Best Effort-Prinzip → Quality of Service nicht vorhersagbar: Laufzeit eines IP-Paketsim Netz, Streuung der Verzögerungen, Paketverlustwahrscheinlichkeit

− Router informieren sich gegenseitig über die günstigsten Wege im Netz → Routing-Protokolle

− IPv4-Adressen∗ 4 Byte (4 Dezimalziffern) Adressierungsraum; z.B. 192.67.198.54∗ kennzeichnet Netz- und Rechnernummer∗ weltweit eindeutig; theoretisch über 4 Milliarden Adressen∗ fest oder dynamisch zugewiesen

Wegewahl/Vermittlung/Routing im Internet


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Version IHL

Time to Live Protocol

Type of Service

Identification

Total Length

Header Checksum

Source Address

Destination Address

Options (0 or more words)

Data

DF

MF Fragment Offset

32 Bit

20 Byte

0 bis40 Byte

≤ 64 KBytetyp. 1500 Byte

Header

Zu verwendendesTransportprotokoll,z.B. TCP

UrsprungsadresseZieladresse

Header-LängeDatagramm-Länge

Paketlebensdauer,max. 255

Don´t FragmentMore FragmentsIP-Datagramm


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→ TCP = Transmission Control Protocol

− Verbindungsorientierter Nachrichtentransport → Handshake

− TCP-Verbindungen zwischen Endpunkten, sog. SocketsSocket = IP-Adresse + Port-Nummer

− TCP-Pakete: Nummerierung, Quittierung, erforderlichenfalls Wiederholung,Wiederherstellung der Reihenfolge

Transportsicherung im Internet

NutzdatenTCP-HeaderIP-HeaderPPP-Rahmen


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− E-Mail: elektronische Post

− Usenet: Diskussionsforen

− Internet Relay Chat: plaudern (chat) per Tastatureingaben

− Telnet: Zugriff auf entfernte Rechner

− File Transfer: Dateitransfer

− World Wide Web (WWW): Homepages abrufen

− File Sharing: Austausch von Dateien Peer to Peer

Anwendungen im Internet


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− Adressierung, [email protected]/visiting/views.html

Anwendung lokaler Name Server

Name Server Name Server der obersten Ebene der angef. Domäne

Name

IP-Adresse

→ DNS = Domain Name System∗ ASCII-Zeichenkette → binäre IP-Adresse∗ Ursprünglich zentrale Datei mit Liste aller Rechner und IP-Adressen. Hosts holten

sich nachts die Infos∗ Heute: hierarchisches, auf Domänen aufgebautes Benennungsschema;

implementiert als verteiltes Datenbanksystem

Domäne der obersten Ebene

Adressierung bei Anwendungen im Internet


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− Rechner (Server) mit Homepages, die über Hyperlinks miteinander vernetzt sind.Können über AdresseURL = Uniform Resource Locaterhttp://www.seattle.com/visiting/views.html

− mittels Protokoll HTTP (HyperText Transfer Protocol)von Rechner mit Browser-SW (Client) angesprochen und angezeigt werden

Protokoll Servername Dateiname

WWW (World Wide Web)


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1. URL in Browser eingeben2. Browser fragt DNS nach der IP-Adresse von www.seattle.com3. DNS gibt die Antwort 66.220.23.1164. Browser baut zu Port 80 von 66.220.23.116 eine TCP-Verbindung auf5. Browser sendet Anfrage /visiting/views.html6. Server www.seattle.com sendet Datei views.html7. TCP-Verbindung wird abgebaut8. Browser zeigt Text von views.html an9. Browser liest sequentiell alle Bilder von views.html ein und zeigt sie an,

pro Bild TCP-Verbindung

HTML (Hyper Text Markup Language)-Seite anzeigen


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Neue Entwicklungen bei Festnetzen

− Hochbitratige optische Transportnetze∗ mit Glasfasern als Übertragungsmedium∗ heute: 2,5 Gbit/s, max. 10 Gbit/s bei Punkt-zu-Punkt-Übertragungsstrecken∗ zukünftig: 40 Gbit/s → 160 Gbit/s

− Höherbitratige Teilnehmerzugänge∗ mit Kupferkabeln: xDSL (Digital Subscriber Line), heute bis 8 Mbit/s∗ mit Kupferkabeln und Glasfasern: zukünftig bis 52 Mbit/s∗ nur Glasfasern: zukünftig mehrere 100 Mbit/s


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Bandbreitenentwicklung bei Festnetzanschlüssen


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Neue Entwicklungen bei IP-Netzen 1

− Voice/Multimedia over IP (VoIP)∗ (Bild-) Telefonie über IP-Netz∗ Verbindungen/Sessions mit SIP (Session Initiation Protocol)

+ Audio-Kommunikation+ Video-Kommunikation+ Chat - Austausch schriftlicher Nachrichten+ File Transfer - Übermittlung von Dateien+ Instant Messaging - Austausch schriftlicher Kurzmitteilungen+ Presence - Online-Status eines anderen Nutzers+ Komfortable Adressierung+ Mobilitätsunterstützung


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VoIP


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SIP-Verbindungsaufbau


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Neue Entwicklungen bei IP-Netzen 2

− Quality of Service in IP-Netzen∗ geringe Verzögerungszeiten∗ geringe Paketverlustraten

− Mobilitätsunterstützung: u.a. mit Mobile IP

− IPv6∗ 16 Byte (8 Blöcke mit je 4 Hexadezimalziffern) Adressierungsraum;

z.B. 4030:BC:0:267:1FF:FE01:7352∗ > 3 10 38 Adressen∗ Bessere Mobilitäts- und Sicherheitsunterstützung


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Neue Entwicklungen bei Mobilfunknetzen

− GSM (Global System for Mobile communications) undGPRS (General Packet Radio Service)∗ Internet-Zugriff vom Handy aus∗ heute bis 170 kbit/s pro Nutzer∗ in ganz Deutschland

→ EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution)∗ zukünftig bis 550 kbit/s pro Nutzer

→ UMTS (Universal Mobile Telecommunication System)∗ zukünftig bis 2 Mbit/s pro Nutzer∗ in Ballungsgebieten

− WLAN (Wireless Local Area Network)∗ heute bis 5 Mbit/s pro Nutzer∗ zukünftig bis 25 Mbit/s pro Nutzer∗ an Hotspots


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Migration bei UMTS

Release 99 Release 4 Release 5 Release 6− Kernnetz wie bei

GSM + GPRS− Zugangsnetz

UTRAN(UniversalTerrestrial RadioAccess Network)

− Höhere Datenraten− USIM (UMTS

Subscriber IdentityModule)

− AMR Codec(Adaptive Multi-Rate)

− MMS (MultimediaMessaging Service)

− Location Services− Inter Network

Roaming

− Kernnetz mit IP-Transport

− Inter ReleaseRoaming

− Kernnetz mitInternetMultimediaSubsystem (IMS)

− Multimedia overIP

− SIP− HSDPA (High

Speed DownlinkPacket Access),höhere Datenraten

− Wideband AMR

− MBMS(MultimediaBroadcast/Multicast Service)

− WLAN/ UMTSInterworking


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Bandbreitenentwicklung bei mobilen Anschlüssen


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Weitere Netzentwicklungen

− PANs (Personal Area Networks), z.B. mit Bluetooth-Funktechnik

− Ubiquitous Computing

− Ad-hoc Networks

− SDRs (Software Defined Radios) als universelle Endgeräte


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CSIPv6-Kernnetz mit QoS, Mobility

zu ISDN,GSM/GPRS, UMTS

zu Internet,UMTS

MGW SGW

Zugangs-netz

RAN = Radio Access NetworkBS = Base StationFITL = Fiber In The LoopDSL = Digital Subscriber LineQoS = Quality of ServiceCS = Call ServerSIP = Session Initiation ProtocolMGW = Media GatewaySGW = Signalling Gateway

ApplicationServer

FITL,xDSL

IP-orientiert, Funk

BSRAN2

IP-orientiert, Funk

BSRAN1

SIP

Resource Management

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