Grundlagen der Rechnernetzeunikorn/lehre/gdrn/ss...Internet‐Protokolle Grundlagen der Rechnernetze...

Grundlagen der Rechnernetze

EinführungEinführung

Übersicht• Basisbausteine und Begriffe

• KommunikationsgrundlagenKommunikationsgrundlagen

• Adressierung

• Protokolle und Schichten

• Performance• Performance

• Geschichte und Gegenwart

2Grundlagen der Rechnernetze ‐ Einführung

Basisbausteine und Begriffe


Hosts und Links

H1 H2

Link

Host


Nachricht, Stream, Paket

SH1 H2 H3 H4M

P1 P2 Pn…

PayloadHeader Trailer

Erstes Bit Letztes Bit

Bytes


Erstes Bit Letztes Bit

Multiple‐Access

H1 H2 H3 Hn…


Multiplexing

H1 H4

H2 H5

H3 H6

H1H4

H2H5…

H3H6

Grundlagen der Rechnernetze ‐ Einführung 7

Skalierbarkeit von Multiple‐Access‐Netz?

H H H HH1 H2 H3 Hn…

Annahme alle Knotenpaare kommunizieren gleich häufigAnnahme alle Knotenpaare kommunizieren gleich häufig.Was ist der Anteil s des Mediums pro Knotenpaar?


Skalierbarkeit von vollvermaschtem Netz?H1

H2H11

H3H10

H4H9

H5H8

H6H7

Anzahl Links k pro Knoten und Gesamtanzahl Links l?p


Switched‐NetworkH1 H2 H3

S1H8

H4

S1

H7

H4S2 S4S3

S5

H6 H5


Cloud‐IconH1 H2 H3

S1H8

H4

S1

N

H7

H4S2 S4S3N

S5

H6 H5


Internet

H1H2

H3

N1

R1 R2H4

N3 N2

H9

R3H5

H8

H6H7


Rekursive Anwendung des Cloud‐Icons

H1H2

H3

N1

R1 R2H4

N3 N2

H9 N

R3H5

H8

H6H7


Netzgrößen

Grundlagen der Rechnernetze ‐ Einführung 14Bildquelle: www.cebylon.com/khi1/141‐01‐GAN‐MAN.html

Netze und Graphen

H1H2

H3

H1H2

H3

N1

R1 R2H4

N1

R2R1 H4

N3 N2

R3H5

H9

H8

N2

H5

H9 N3R3

H6H7 H6H7

H8

Definition: Graph


Beispieltopologien

Bus Baum

Stern Ring Mesh


Stern Ring Mesh

Kommunikationsgrundlagen


Kommunikationsformen

H1H2

H3

N1

R1 R2H4

N3 N2

H9

R3H5

H8

H6H7


Forwarding‐TabelleZieladresse Nächster Hop

4711 3

7893 2

3467 5

2576 2

… …

16

… …

R

1

2

3

5

34


Timeouts und Acknowledgments

H1H2

H3

N1

R1 R2H4

N3 N2

H9

R3H5

H8

H6H7


Verbindungsorientiert und Verbindungslos

H1H2

H3

N1

R1 R2H4

N3 N2

H9

R3H5

H8

H6H7


Client‐Server‐Prinzip

HNN S


Adressierung


Physikalische Adresse – Beispiel Ethernet

00001000 00000000 00101011 11100100 10110001 0000001000001000 00000000 00101011 11100100 10110001 00000010

08 : 00 : 2B : E4 : B1 : 02

Broadcast11111111 11111111 11111111 11111111 11111111 11111111

FF:FF:FF:FF:FF:FF

Multicast1XXXXXXX XXXXXXXX XXXXXXXX XXXXXXXX XXXXXXXX XXXXXXXX1XXXXXXX XXXXXXXX XXXXXXXX XXXXXXXX XXXXXXXX XXXXXXXX

{8X,…,FX}:XX:XX:XX:XX:XX


Flache und hierarchische Adressräume

H1 H2 H3H1 H2 H3 H9H8H7

1.1 1.2 1.7 4.1 4.2 4.3

R1 R3

1 4

2.5

1.10

3.1

3.2

4.4

R2H4

2

3

2.7

2.8

H5 62.1

2.4

H5 H6


Konsequenz für Forwarding‐Tabelle

H1 H2 H3H1 H2 H3 H9H8H7

1.1 1.2 1.7 4.1 4.2 4.3

R1 R3

1 4

2.5

1.10

3.1

3.2

4.4

R2H4

2

3

2.7

2.8

Ziel Next‐Hop

H1 nach R1

H5 62.1

2.4H2 nach R1

H3 nach R1

H4 direkt

Ziel Next‐Hop

1.X nach R1

2 X direktH5 H6 H5 direkt

H6 direkt

H7 nach R3

2.X direkt

4.X nach R3


H8 nach R3

H9 nach R3

Classful IP‐Adressen10101011 01000101 11010010 11110101

171 69 210 245171.69.210.245

Cl AClass A

0 Netz Host7 24

14 16

Class B

1 Netz Host0

Cl C

1 Netz Host1 021 8

Class C


Bedarf für eine weitere Hierarchieebene

H1 H2 H3H1 H2 H3 H9H8H7

1.1 1.2 1.7 4.1 4.2 4.3

R1 R3

1 4

2.5

1.10

3.1

3.2

4.4

R2H4

2

3

2.7

2.8

H5 62.1

2.4

H5 H6

Eingang ins Campus‐Netz


g g p

Subnetze

14 16Zum Beispiel

1 Netz Host0Zum BeispielClass B Adresse

11111111 11111111 11111111(255.255.255.0)Subnetz Maske 00000000

NetznummerErgebnis HostSubnetzNetznummerErgebnis HostSubnetz


Subnetting‐Beispiel

Subnetznummer : 128. 96. 34. 0 = 100000000 01100000 00100010 00000000Subnetzmaske : 255.255.255.128 = 111111111 11111111 11111111 10000000

H1

128. 96. 34. 15 = 100000000 01100000 00100010 00001111

R1

H1

128. 96. 34. 1 = 100000000 01100000 00100010 00000001

128. 96. 34.130 = 100000000 01100000 00100010 10000010

128. 96. 34.128 = 100000000 01100000 00100010 10000000255.255.255.128 = 111111111 11111111 11111111 10000000

H2128. 96. 34.139 = 100000000 01100000 00100010 10001011


Beispiel: Verwendung eines Class B Netzes:128.96.X.X = 10000000 01100000 XXXXXXXX XXXXXXXX

Konsequenz für Forwarding‐Tabellen

Subnetznummer : 128. 96. 34. 0Subnetzmaske : 255 255 255 128

H1

Subnetzmaske : 255.255.255.128

128. 96. 34. 15

Subnetznummer Subnetzmaske Nächster Hop

128.96.34.0 255.255.255.128 direkt (if 1)H1

128. 96. 34. 1

128.96.34.128 255.255.255.128 direkt (if 2)

128.96.33.0 255.255.255.0 nach R2 (if 2)Interface 1

R1128. 96. 34.130 Interface 2

Netznummer Nächster Hop128. 96. 34.128255.255.255.128

128 96 34 139

128.96 …

R3

H2128. 96. 34.139

R2128. 96. 34.129

128. 96. 33. 1 128. 96. 33. 0255 255 255 0


Beispiel: Verwendung des Class B Netzes 128.96.X.X

255.255.255. 0

Adressauflösung

IP‐Adresse Physikalische Adresse

128.96.34.1 57:FF:AA:36:AB:11

IP‐Adresse Physikalische Adresse

128.96.34.15 ???

128.96.34.16 85:48:A4:28:AA:18

… …

128.96.34.16 85:48:A4:28:AA:18

… …

128.96.34.15 128.96.34.1 128.96.34.16

R1H1 H2

45:35:FE:36:42:55128.96.34.1 128.96.34.16

57:FF:AA:36:AB:11 85:48:A4:28:AA:18


Motivation für Super‐NettingBetrachten wir als Beispiel die IT‐Abteilung eines Uni‐Campus, die „autonom“ eine Menge von IP‐Adressen nutzt.

Mit Subnetting können wir gegebene Menge von IP‐Adressen effizient nutzen.

Aber, die IT‐Abteilung muss immer noch IP‐Adressmenge in den Granularitäten Class‐A‐, ‐B‐, oder ‐C‐Netz beantragen/verwalten.

Was ist wenn wir z.B. 256 Hosts im Netz haben?1. Beantrage ein Class‐B‐Netz. Effizienz?

2 B t i Cl C N t2. Beantrage zwei Class‐C‐Netze.


Lösung: Classless‐Interdomain‐Routing (CIDR)Aggregiere Netz‐Adressen.

Beispiel: Annahme wir haben 16*256 1 HostsBeispiel: Annahme wir haben 16*256‐1 Hosts.

Verwenden Adressen von 16 Class‐C‐Netzen.Verwenden Adressen von 16 Class C Netzen.

Aber Adressen nicht beliebig, sondern hintereinanderliegend, z.B.:192.4.16192 4 17192.4.17...192.4.31

Beobachtung: alle Adressen beginnen mit denselben 20 Bits:


11000000 00000100 0001

Lösung: Classless‐Interdomain‐Routing (CIDR)Beobachtung: alle Adressen beginnen mit denselben 20 Bits:11000000 00000100 0001

Im Beispiel also eine 20‐Bit Netzadresse• Liegt zwischen Class‐C (24 Bit) und Class‐B (16 Bit)Liegt zwischen Class C (24 Bit) und Class B (16 Bit)• Erforderte Ausgabe von 2^4 = 16 Class‐C‐Adressen

Allgemein: i‐Bit‐Netzadresse erfordert wie viele Class‐C‐Netze?

Internet‐Router beachten nur noch die i‐Bit‐Netzadresse.


Lösung: Classless‐Interdomain‐Routing (CIDR)Wir brauchen für das Schema noch eine passende Notation.

Notation am Beispiel:

192.4.16192.4.17...192.4.31

wird zusammengefasst dargestellt als:

192.4.16/20/

Also, /20 bedeutet Netzadresse besteht aus ersten 20 Bit und fasst die 2^4=16 aufeinander folgenden Class‐C‐Netze beginnendfasst die 2 4 16 aufeinander folgenden Class C Netze beginnend mit 192.4.16 zusammen


QuizWie fasst man die Class‐C‐Netze 192.4.0 bis 192.4.31 mittels /X‐Notation zusammen?

Wie stellt man das einzelne Class‐C‐Netz 192.4.16 in /X‐Notation dar?


Lösung: Classless‐Interdomain‐Routing (CIDR)Umgang mit aggregierten Adressen im Router:• Adressen in den Routing Tabellen: <länge,wert>‐Paar• Vergleichbar mit <mask wert> Paar im Subnetting wenn• Vergleichbar mit <mask,wert>‐Paar im Subnetting, wenn

Mask aus aufeinanderfolgenden 1‐Bit‐Werten besteht

CIDR l b i R i B i i lCIDR erlaubt weitere Routenaggregation. Beispiel:Kunden‐Netze

Advertise128.112.128/21

128.112.128/24

Internet‐Anbieter

…

128.112.135/24


Es müssen noch nicht mal alle 8 aufeinanderfolgenden Netze aktuell genutzt sein!

Lösung: Classless‐Interdomain‐Routing (CIDR)CIDR und Routingtabelleneinträge? Prefixe dürfen überlappen.

Beispiel‐Routingtabelle:

Wohin mit der Nachricht an171 69 10 5?

Network‐Address Next Hop171.69.10.5?

... ...

171 69/16 if1Wohin mit der Nachricht an171.69.20.5?

171.69/16 if1

171.69.10/24 if2

... ...

Generell: Longest‐Prefix‐Match(erfordert effiziente Algorithmen/Datenstrukturen zum Finden


(erfordert effiziente Algorithmen/Datenstrukturen zum Finden des längsten passenden Prefix.)

Subnetting versus CIDR• Subnetting erlaubt das Aufteilen einer Netzadresse in Teilnetze– Aufteilung annähernd beliebig; alles was mit der Subnetzmaske ausdrückbar istSubnetzmaske ausdrückbar ist

• CIDR dient dem Aggregieren von Netzadressen in einer einzigen Adresse– Aggregation nicht beliebig; Netzadressen müssen gg g g;aufeinanderfolgend sein; zusammengefasst werden immer nur 2^i viele Netze

– Gewisse Flexibilität, indem man „Dummy‐Netze“ verwendetverwendet


Protokolle und Schichten


Protokoll und Interface

Host 1 Host 2Host 1 Host 2

High‐Level Objekt High‐Level Objekt

ServiceInterface

ServiceInterface

Protokoll ProtokollPeer‐to‐peerInterface


Message‐Sequence‐Chart (MSC)

H1 H2


Protokollzustandsautomat

connection request/q /connection response

file request/file response

Wait forti

Wait for file

file response

connectionrequest

request

close requestclose request


Beispiel

HNN S

Service‐Primitiven:File f GET FILE(), void ABORD FILE RETRIVAL(),

Zustände:

File f GET_FILE(), void ABORD_FILE_RETRIVAL(), ...

CLIENT IDLE, CLIENT WAITS FOR FILE, ...

Zeitvorgaben:

CLIENT_IDLE, CLIENT_WAITS_FOR_FILE, ...

if client waits 1000ms the change in state CLIENT ERROR

Nachrichtenformate:

g _

FILE REQUEST MESSAGE: |CLIENT ADR|SERVER ADR|FILE NAME|


_ _ _ _ _

ProtokollgraphHost 1 Host 2

Protokoll 1 Protokoll 2 Protokoll 1 Protokoll 2Protokoll 1

Protokoll 3

Protokoll 2 Protokoll 1

Protokoll 3

Protokoll 2

Protokoll 3

Protokoll 4

Protokoll 3

Protokoll 4


NachrichtenkapselungHost 1

Anwendung 1

Host 2

Anwendung 1Anwendung 1

Daten

Anwendung 1

Daten

Protokoll 1

DatenH1

Protokoll 1

DatenH1


Protokoll 3

DatenH1H2

Protokoll 3

DatenH1H2

DatenH1H2H3


DatenH1H2H3

Multiplexing und DemultiplexingHost 1 Host 2

Protokoll 1 Protokoll 2 Protokoll 1 Protokoll 2Protokoll 1

Protokoll 3


Protokoll 3

Protokoll 2

Protokoll 3

Protokoll 4

Protokoll 3

Protokoll 4


OSI‐Modell

Grundlagen der Rechnernetze ‐ Einführung 49Bildquelle: Andrew S. Tanenbaum, „Computer Networks“, Fourth Edition, 2003

Internet‐Modell

Nothing statedby TCP/IP model


Internet‐Protokolle


Anwendungssicht auf TCPErzeugen eines Sockets

int socket(int domain, int type, int protocol)domain : PF_INET, PF_UNIX, PF_PACKET, ...type : SOCK_STREAM, SOCK_DGRAM, ...protocol : UNSPEC, ...

Passive‐Open auf der Server‐Seiteint bind(int socket, struct sockaddr *address, int len)int listen(int socket, int backlog)int accept(int socket, struct sockaddr *address, int *len)

address : enthält IP-Adresse und Portbacklog : Anzahl erlaubter Pending-Connections

Active‐Open auf der Client‐Seiteint connect(int socket, struct sockaddr *address, int len) ( , , )

Senden und Empfangen von Datenint send(int socket char *message int len int flags)


int send(int socket, char message, int len, int flags)int recv(int socket, char *buffer, int len, int flags)

Adressen im Internet‐ModellHost 2Host 1

Application Application Application Application

TCP TCPUDPUDP

Port

TCP TCPUDPUDP

Demux‐Key

IP IP

IP‐Adresse

LINK LINKPhysikalischeAdresse

physical physicalAdresse


Performance


Bandbreite

1 s1 Sekunde

0 1 1 0 1 10 …

1 Sekunde

Bandbreite b in obigem Beispiel:


Bps und bpsKenngröße Größenordnung Wert

KBps 210 Byte/s 1.024

MBps 220 Byte/s 1.048.576

GBps 230 Byte/s 1.073.741.824

TB 240 B / 1 099 511 627 776TBps 240 Byte/s 1.099.511.627.776

Kbps 103 Bits/s 1.000

Mbps 106 Bits/s 1 000 000Mbps 106 Bits/s 1.000.000

Gbps 109 Bits/s 1.000.000.000

Tbps 1012 Bits/s 1.000.000.000.000Tbps 10 Bits/s 1.000.000.000.000

Vereinfachung für Überschlagsrechnungen:


Propagation‐Delay

H1

d

H2

Zeit x zur Übertragung eines Bits bei Distanz d und Signalausbrei‐t h i di k it ltungsgeschwindigkeit l


Delay einer Single‐Hop‐ÜbertragungH1

H2

d

Zeit x zur Übertragung von n Bits bei Distanz d Signalausbreitungs

H2

Zeit x zur Übertragung von n Bits bei Distanz d Signalausbreitungs‐geschwindigkeit l und Bandbreite b:


Delay einer Multi‐Hop‐ÜbertragungH1

d

H2

Zeit x zur Übertragung von n Bits bei Distanz d Signalausbreitungs‐geschwindigkeit l und Bandbreite b und Queuing‐Zeit q:


Delay‐Bandbreiten‐Produkt

Bandbreite

Delay

Beispiel: Anzahl Bits n die ein Kanal mit 100ms Latenz und 50MbpsBandbreite speichertBandbreite speichert


Transferzeit und Effektiver DurchsatzH1

H2

Beispiel: Überschlagsrechnung zu Transferzeit z und effektivem Durchsatz d und bei Abrufen einer 1MB Datei über einen Kanal mit 1Gbps Bandbreite und 92ms RTT:


Bitfehlerrate und Paketverlustrate

010100010111100010011101110010110001101Bitfehler

Paketfehler

Paket 1 Paket 2 Paket 3 Paket 4

Einfacher Zusammenhang zwischen BER und PER, für n Bit Nachrichten ohne FehlerkorrekturNachrichten ohne Fehlerkorrektur


Additive und Bottleneck‐Kosten

H1 H2R210ms 5ms 10ms

20mse1

e2 e3 eR1 R31Mbps 1Gbps 1Gbps

1Mbps

1 e4

Beispiel: Delay d und Bandbreite b zwischen zwischen H1 und H2


Multiplikative Kosten

H1 H2R2p1=2/3

p2=1/3 p3=1/2 p4=1/2H1 H2

R1 R3

1 p4 1/2e1

e2 e3 e4

Beispiel: Gesamtpaketverlustrate bei gegebenen PaketverlustratenBeispiel: Gesamtpaketverlustrate bei gegebenen Paketverlustraten pro Link


PerformanceB i i l Eff kti D h t P k t S it hiBeispiel: Effektiver Durchsatz von Packet‐Switching


Delay‐EinsparungenCi it S it hi M S it hi P k t S it hi

H1 H2

Circuit‐Switching

R1 R2 H1 H2

Message‐Switching

R1 R2 H1 H2

Packet‐Switching

R1 R2


Einfluss der Paketgröße H1

R1

Nachrichtenlänge n Bits

Paket‐Payload k Bits

P k H d BiR1

R2

Paket‐Header c Bits

Bandbreite b bps

Delay d SekundenH2

Delay d Sekunden

Anzahl Hops h

Effektiver Durchsatz x


Beispiel‐PlotGbp

schsatz in

Gtiver Durc

Nachrichtengröße 1 GB

Bandbreite 1 Gbps

H d G öß 64 B

Effekt Header‐Größe 64 Byte

Anzahl Hops 10

Delay pro Hop 10 ms

Paketgröße in KB

Delay pro Hop 10 ms


Paketgröße in KB

PerformanceB i i l V t il t ti ti h M lti l iBeispiel: Vorteil von statistischem Multiplexing


Statisches versus Statistisches Multiplexing p

H1

… b bps

p

V hält i d ittl B db it K t t ti ti h

Hn p

Verhältnis x der mittleren Bandbreite pro Knoten von statistischem über statischem Multiplexing bei n Knoten, Zugriffswahrschein‐lichkeit p und Bandbreite blichkeit p und Bandbreite b


Beispiel‐Plotsung 50% Zugriffwahrscheinlichkeit

tenzuw

eiBa

ndbrei

ber fester

70% Zugriffwahrscheinlichkeit

passte üb

Anzahl Knoten

Angep 90% Zugriffwahrscheinlichkeit


Anzahl Knoten

Geschichte und Gegenwart


Geschichte und GegenwartE t i kl d I t tEntwicklung des Internet


Packet‐Switching der ersten StundeEnde der 1950er Auf Höhe des kalten Krieges

möchte das DoD(1) eine Lösung für ein Command undfür ein Command und Kontrollzentrumsnetz, welches einen nuklearen Angriff überlebt.

Gegen 1960 Das DoD beschließt einen VertragGegen 1960 Das DoD beschließt einen Vertrag mit RAND Corporation, eine Lösung zu finden. Mitarbeiter Paul Baran entwickelte ein stark

Struktur des TelefonsystemsPaul Baran entwickelte ein stark verteiltes und fehlertolerantes System auf Basis von digitalem Packet‐Switching. Der zu dieserPacket Switching. Der zu dieser Zeit amerikanische Telefonmonopolist AT&T findet dieses System jedoch nicht y jrealisierbar.

(1) Das DoD ist das Department of Defense der USA.

Barans verteiltes Switching‐System


g y

Bildquelle: Andrew S. Tanenbaum, „Computer Networks“, Fourth Edition, 2003

Das APRANET1967 Die ARPA(1) wechselt ihren Schwerpunkt unter1967 Die ARPA(1) wechselt ihren Schwerpunkt unter

der Leitung von Larry Roberts auf die Erforschung von Netzen. Einer der damals kontaktierten Experten, Wesley Clark, p yentwickelt ein Packet‐Switched Subnetz, in dem jeder Host an einen Router angebunden ist.

Unabhängig davon wurde unter Leitung von Struktur des Packet‐Switched Subets nach Clark

Donald Davies am NPL(2) ein ähnliches Packet‐Switching‐System entworfen und sogar als Campus‐Netz schon implementiert. Das NPL referenziert hierbei die ursprünglich abgelehntereferenziert hierbei die ursprünglich abgelehnte Arbeit von Paul Baran.

1969 Die ARPA beauftragt die Consulting‐Firma BBN in Cambridge ein solches Netz und die dazu

Dez 1969 Jul 1970 Mär 1971

in Cambridge ein solches Netz und die dazu notwendige Netzsoftware zu entwickeln. Des Weiteren werden Graduate‐Studenten der Universität Utah damit beauftragt die Host‐f k l b dSoftware zu entwickeln. Das Ergebnis ist das

ARPANET welches schnell größer wurde und bald die ganze USA abdeckte.

(1) Die ARPA, Advanced Research Projects Agency, ist ein staatlicher, amerikanischer,

Apr 1972 Sep 1972

Der Zuwachs im ARPANET


Die ARPA, Advanced Research Projects Agency, ist ein staatlicher, amerikanischer, militärischer Forschungsförderer für Universitäten und Industrie.(2) Das NPL ist das National Physical Laboratory in England.

Der Zuwachs im ARPANET


Das ARPANET und NSFNET1974 Die ersten ARPANET‐Protokolle erlaubten keine transparente End‐to‐End‐

Kommunikation über verschiedene Netze. Dies wurde mit wachsen des ARPANET immer wichtiger und führte schließlich zur Entwicklung von TCP/IP

Vi t C f d R b t K hvon Vinton Cerf und Robert Kahn.

Die ARPA forcierte die Verwendung von TCP/IP durch Verträge mit BBN und der University of California Berkeley, die neuen Protokolle in Berkeley Unix zu integrieren Hierbei wurde auch die Socket Schnittstelle entwickeltintegrieren. Hierbei wurde auch die Socket‐Schnittstelle entwickelt.

Späte 1970 bisEnde 1980er

Die Teilnahme am ARPANET erforderte einen Vertrag mit dem DoD. Daher beschloss man im NSF(1) einen für allebeschloss man im NSF( ) einen für alle US Universitäten freien Nachfolger des ARPANETs zu bauen. Der Anfang war ein USA umspannender Backbone, der sechs Super‐Computer‐Center verband. An den Backbone wurden etwa 20 regionale von der NSF geförderte Netze angebunden Dasgeförderte Netze angebunden. Das Ergebnis war das NSFNET. Das ARPANET und das NSFNET wurden erstmals an der Universität Carnegie‐

Das NSF‐Backbone 1988


Mellon verbunden.

Bildquelle: Andrew S. Tanenbaum, „Computer Networks“, Fourth Edition, 2003(1) Die NSF ist die US National Science Foundation.

Kommerzialisierung des InternetWährend der 1980er Mit dem immer größer werden der Netze wurde das Auffinden von Hosts

anhand von IP‐Adressen immer aufwendiger. Als Lösung wurde eine hierarchische Namensstruktur, das DNS (Domain Name System), entwickelt.

Das NSFNET verband Nutzer an tausenden von US Universitäten, Forschungslaboren, Bibliotheken und Museen. Es war damit permanent überladen. Die NSF beschloss einen Vertrag mit MERIT, einem Konsortium in Michigan das Netz weiter zu betreiben Damit erfuhr der Backbone desMichigan, das Netz weiter zu betreiben. Damit erfuhr der Backbone des NSFNET einen Upgrade (zunächst von 56kbps auf 448kbps (Fiber‐Channels von MCI) und dann noch mal auf 1.5Mbps Lines)

Mit dem Zusammenschluss von ARPANET und NSFNET schlossen sich vieleMit dem Zusammenschluss von ARPANET und NSFNET schlossen sich viele weitere regionale Netze und Netze in Kanada, Europa, und Pazifik an.

1990 Als ersten Schritt in Richtung Kommerzialisierung gibt die NSF das NSFNETan die nonprofit Corporation ANS (Advanced Networks and Services) vonan die nonprofit Corporation ANS (Advanced Networks and Services) von MERIT, MCI und IBM ab. Das ANS machte einen Upgrade des NSFNET Backbones auf das ANSNET, von 1.5Mbps auf 45Mbps Lines.

Des Weiteren schloss das NSF Verträge mit den Netzbettreibern PacBell, g ,Ameritech, MFS und Sprint ab, die einen fairen Wettbewerb der Netzanbieter sicher stellten.

1995 Das ANSNET wurde an American Online verkauft. Damit begann die


Kommerzialisierung von IP‐Diensten.

WWW

Während der 1990er In vielen anderen Ländern entstehen nationale Forschungsnetze, häufig Ähnlich gestaltet wie das ARPANET und NSFNET. Beispiele sind g g pin Europa EuropaNET und EBONE, die mit 2Mbps starteten, einen Upgrade auf 34Mbps erfuhren und dann irgendwann ebenfalls an die Industrie abgegeben wurden.

Bis in die frühen 1990er waren Akademiker die Anwender des Internet. Die Hauptanwendungen waren Email, News, Remote‐Login und File‐Transfer. Dies änderte sich schlagartig mit der Erfindung des WWW des CERN Physikers Tim Berners Lee und des Mosaik Browsers von MarcCERN Physikers Tim Berners‐Lee und des Mosaik‐Browsers von Marc Andreesen am National Center for Supercomputer Applications in Urbana, Illinois.

Es entstanden viele Internet‐Service‐Provider (ISP) die es einer immerEs entstanden viele Internet Service Provider (ISP), die es einer immer größer werdenden Zahl von Endnutzern ermöglichten sich von zuhause ins Internet einzuwählen.


Vereinfachte Übersicht des heutigen Internets


Geschichte und GegenwartT l f t LAN d St d di iTelefonnetze, LANs und Standardisierung


Wide‐Area Datennetze

1970er Das verbindungsorientierte Wide‐Area Dantenetz der ersten Stunde das in den 1970er entwickelte X.25 System. Das System wurde y yetwa ein Jahrzehnt verwendet.

1980er In den 1980er X.25 im wesentlichen durch ein neues System, Frame‐Relay ersetzt Es diente (zum teil sogar bis heute)Frame Relay, ersetzt. Es diente (zum teil sogar bis heute) hauptsächlich zum verbinden von LANs.

1990er In den 1990er wurde ATM (Asynchronous Transfer Mode) entwickelt Das Ziel war der Zusammenschluss von Sprache Datenentwickelt. Das Ziel war der Zusammenschluss von Sprache, Daten, Kabelfernsehn, Telex, Telegraph in einem einzigen Datennetz (ATM = Internet versus Telcos). ATM hatte zwar nicht den ursprünglich erhofften Erfolg wird aber häufig von Carriern für internenerhofften Erfolg, wird aber häufig von Carriern für internen Datentransport von Internet‐Traffic verwendet.


Local‐Area‐NetzeFrühe 1970er Norman Abrahamson und Kollegen der Universität Hawaii entwickeln

das drahtlose (Short‐Range‐Radio) ALOHANET mit dem Computer der anliegenden Inseln mit dem Hauptcomputer auf Honolulu k kkommunizieren können.

1976 Auf der Basis der Arbeit von Norman Abrahamson entwickeln Bob Metcalfe und David Boggs bei Xerox PARC das erste LAN mit dem Namen Ethernet (ursprüngliche Datenrate: 2.94Mbps).

1978 Das Xerox Ethernet wurde 1978 von DEC, Intel und Xerox als 10Mbps Ethernet unter dem Namen DIX standardisiert.


Local‐Area‐NetzeAb 1978 Bob Metcalfe gründet die Firma 3Com und verkauft über 100 Millionen

Ethernet‐Adapter.

Ethernet wurde über die Jahre immer weiter entwickelt: 100Mbps und p1000Mbps, Switching, Cabling etc.

Neben dem Ethernet‐Standard wurden auch ein Token‐Bus und ein Token‐Ring‐LAN‐Standard etabliert Der Ethernet‐Standard hat sichToken Ring LAN Standard etabliert. Der Ethernet Standard hat sich jedoch weitestgehend hier gegenüber durchgesetzt.

Mitte der 1990er Standardisierung eine Ethernet‐kompatiblen drahtlosen LAN‐Technik namens WiFinamens WiFi.

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Drahtloses Netz mit Access‐Point Ad‐hoc Netz


Standardisierungsgremien

Telekommunikation

ITU I t ti l T l i itITU International TelecommunicaitonUnion

Internationale Standards

ISO International Standards Organization

IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineering

Internet‐Standards

ISOC Internet SocietyISOC Internet Society

IAB Internet Architecture Board

IRTF Internet Research Task Force IEEE 802 Working‐Groups

IETF Internet Engineering Task Force


Zusammenfassung und Literatur


Zusammenfassung• Rekursive Definition eines Netzes

• Skalierbarkeit durch hierarchische AggregationSkalierbarkeit durch hierarchische Aggregation

• Adressierung, Routing, Forwarding

• Statistisches Multiplexing

• Layering Protokolle• Layering, Protokolle

• Separation‐of‐Concerns

• OSI‐Modell, Internet‐Hour‐Glass‐Modell

• Latenz und Bandbreite• Latenz und Bandbreite

• Standardisierungen


Literatur[PetersonDavie2007] Larry L. Peterson and Bruce S. Davie, „Computer

Networks: A Systems Approach“, Edition 4, 2007.1 2 R i t1.2 Requirements

1.3 Network Architecture

1.4.1 Application Programming Interface (Sockets)1.4.1 Application Programming Interface (Sockets)

1.5 Performance

4.1.1 What is an Internetwork?

4.1.3 Global Addresses

4.1.4 Datagramm Forwarding in IP

4 3 1 S b tti4.3.1 Subnetting

4.3.2 Classless Routing (CIDR)

[Tanenbaum2003] Andrew S Tanenbaum Computer Networks“[Tanenbaum2003] Andrew S. Tanenbaum, „Computer Networks , Fourth Edition, 2003.1.5 Example Networksp

1.6 Network Standardization


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