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1 Informations- und Kommunikationssysteme (SS 2014): 01 - Einführung Informations- und Kommunikationssysteme Kapitel 2.1 Einführung Acknowledgement: Folien angelehnt an J.F. Kurose and K.W. Ross 2 Kapitel 2.1: Einführung Unser Ziel: Vermittlung von „Gefühl“ und Terminologie Details später in der Vorlesung Ansatz: Komponenten des Internet als Beispiel Überblick: Was ist das Internet? Was ist ein Protokoll? Network Edge Network Core Access Network, Physischer Zugriff Internet/ISP Struktur Performanz: Verlust, Verzögerung Protokollschichten, Dienstmodell Informations- und Kommunikationssysteme (SS 2014): 01 - Einführung

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1 Informations- und Kommunikationssysteme (SS 2014): 01 - Einführung

Informations- und Kommunikationssysteme

Kapitel 2.1 Einführung

Acknowledgement: Folien angelehnt an J.F. Kurose and K.W. Ross

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Kapitel 2.1: Einführung

Unser Ziel: •  Vermittlung von „Gefühl“

und Terminologie •  Details später in der

Vorlesung •  Ansatz:

•  Komponenten des Internet als Beispiel

Überblick: •  Was ist das Internet? •  Was ist ein Protokoll? •  Network Edge •  Network Core •  Access Network, Physischer

Zugriff •  Internet/ISP Struktur •  Performanz: Verlust, Verzögerung •  Protokollschichten, Dienstmodell

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Kapitel 2.1: Roadmap

1.1 Was ist das Internet? 1.2 Network Edge 1.3 Network Core 1.4 Access Network, Physischer Zugriff 1.5 Internet Struktur und ISP 1.6 Verzögerung & Verlust in paketvermittelnden Netzen 1.7 Protokollschichten, Dienstmodell

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Was ist das Internet: Übersicht

•  Millionen vernetzter Systeme: •  Hosts = Endsysteme

•  Führen Netzwerkanwendungen aus

•  Kommunikationsverbindungen •  Glasfaser (Fiber), Kupfer-,

Funk-, Satellitenverbindungen •  Übertragungsrate = Bandbreite

•  Router •  Leiten Pakete (Datenblöcke)

weiter •  Organisieren Weiterleitung •  Von Internet Service Providern

(ISP) betrieben

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lokaler ISP

Firmen- netzwerk

regionaler ISP

Router Arbeitsstation Server

Laptop

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•  Protokolle kontrollieren Senden und Empfang von Nachrichten

•  e.g., TCP, IP, HTTP, SMTP, PPP •  Internet: “network of networks”

•  Teilweise hierarchisch •  Unterscheidung: Öffentliches

Internet vs. private Intranets

•  Internet Standards •  RFC: Request for Comments •  Von der IETF: Internet

Engineering Task Force

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Was ist das Internet: Übersicht

lokaler ISP

Firmen- netzwerk

regionaler ISP

Router Arbeitsstation Server

Laptop

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Was ist das Internet: Dienstsicht

•  Kommunikationsinfrastruktur ermöglicht verteilte Anwendungen:

•  Web, E-Mail, Online-Spiele, Business Software, File Sharing

•  Kommunikationsdienste für die Anwendungen:

•  Verbindungslos, unverlässlich •  Verbindungsorientiert,

verlässlich

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Was ist ein Protokoll?

Protokolle bei Menschen: •  “Wie spät ist es?” •  “Darf ich stören?” •  Vorstellen

•  Es werden: … spezifizierte Nachrichten

gesendet … spezifizierte Aktionen

ausgelöst wenn Nachrichten erhalten werden (oder bei anderen Ereignissen)

Netzwerkprotokolle: •  Geräte sind keine Menschen •  Alle Abläufe nach fest

definierten Vorgaben •  Sämtliche Internet-

Kommunikation wird anhand von Protokollen durchgeführt

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Protokolle definieren das Format und die Reihenfolge von Nachrichten, die zwischen Netzwerkgeräten ausgetauscht werden, und dabei ausgelösten Aktionen.

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Was ist ein Protokoll?

Ein Vergleich zwischen Protokollen der Menschen und Computer:

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F: Andere menschliche Protokolle?

Hi

Hi Wie spät ist es? 2:00

TCP connection req TCP connection response Get http://tu-ilmenau.de/telematik

<file> Zeit

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Kapitel 2.1: Roadmap

1.1 Was ist das Internet? 1.2 Network Edge 1.3 Network Core 1.4 Access Network, Physischer Zugriff 1.5 Internet Struktur und ISP 1.6 Verzögerung & Verlust in paketvermittelnden Netzen 1.7 Protokollschichten, Dienstmodell

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Ein genauerer Blick auf die Netzwerkstruktur:

•  Network Edge: Anwendungen und Endsysteme

•  Network Core: •  Router, ISP •  Network of networks

•  Access Network, Physischer Zugriff: Verbindungen zwischen Kommunikationspartnern

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Der Rand des Netzes (Network Edge):

•  Endsysteme (Hosts): •  Führen Anwendungsprogramme aus •  e.g. Web, E-Mail •  Immer am Rand des Netzes

•  Client/Server-Modell •  Client Host fordert Dienste bei einem

“always-on” Server an •  e.g. Web Browser/Server; E-Mail

Client/Server

•  Peer-to-Peer-Modell: •  minimale (oder gar keine) Nutzung

dedizierter Server •  e.g. Bittorrent, Skype, …

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Network Edge: Verbindungsorientierte Dienste

Ziel: Datentransfer zwischen Endsystemen

•  Handshaking: Einrichtung des

Datentransfers vor der eigentlichen Übertragung

•  “Hallo”, “hallo zurück” im menschlichen Protokoll

•  Einrichtung eines “Zustands” in den kommunizierenden Hosts

•  TCP - Transmission Control Protocol

•  Verbindungsorientierter Dienst im Internet

TCP [RFC 793] •  Verlässlicher, geordneter Byte-

orientierter Datenstrom •  Gegen Verlust: Bestätigungen und

Retransmissions •  Flusskontrolle (Flow control):

•  Sender überlastet Empfänger nicht •  Staukontrolle (Congestion control):

•  Senders “drosselt Senderate” wenn das Netz überlastet ist

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Network Edge: Verbindungsloser Dienst

Ziel: Datentransfer zwischen Endsystemen

(Im Prinzip also analog zu vorheriger Folie!)

•  UDP - User Datagram Protocol [RFC 768]:

•  Verbindungslos •  Unverlässlicher Datentransfer •  Keine Flusskontrolle •  Keine Staukontrolle

App’s mit TCP: •  HTTP (Web), FTP (File Transfer),

SSH (remote login), SMTP (E-Mail)

App’s mit UDP: •  Multimedia Streaming, Internet-

Telefonie (live), DNS

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Kapitel 2.1: Roadmap

1.1 Was ist das Internet? 1.2 Network Edge 1.3 Network Core 1.4 Access Network, Physischer Zugriff 1.5 Internet Struktur und ISP 1.6 Verzögerung & Verlust in paketvermittelnden Netzen 1.7 Protokollschichten, Dienstmodell

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Der Kern des Netzes: Network Core

•  Vermaschtes Netz von Routern •  Fundamentale Frage: Wie werden

durch das Netz transportiert? •  Leitungsvermittelt (circuit

switching): eine Leitung pro Anruf, wie im Telefonnetz

•  Paketvermittelt (packet switching): Daten blockweise übermittelt

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Network Core: Leitungsvermittlung

•  Ressourcen werden pro Verbindung Ende-zu-Ende reserviert

•  i.e. Kommunikationsbandbreite, Switch-Kapazitäten

•  Bei dedizierten Ressourcen: kein Aufteilung

•  Immer: Leitungsähnliche, garantierte Performanz

•  Aufbau von Verbindungen (call setup) benötigt!

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Network Core: Leitungsvermittlung

•  Netzwerk Ressourcen (e.g., Bandbreite) wird in “Teile” zergliedert

•  Teile werden Verbindungen zu geordnet

•  Ressourcen-Teile sind inaktiv (idle) wenn sie trotz Reservierung nicht genutzt werden

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!  Zerteilen von Link-Bandbreite: !  Frequency Division !  Time Division !  ...

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Leitungsvermittlung: FDM und TDM

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FDM (Frequency Division Multiplexing)

Frequenz

Zeit TDM (Time Division Multiplexing)

Frequenz

Zeit

4 Nutzer Beispiel:

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Leitungsvermittlung: TDM: Rechenbeispiel

•  Wie lange dauert die Übertragung einer 80.000 Byte großen Datei von Host A zu Host B über ein leitungsvermitteltes Netzwerk?

•  Alle Link haben eine Kommunikationsbandbreite von 1,920 Mbps. •  Jeder Link nutzt TDM mit 30 Slots. •  Der Verbindungsaufbau benötigt 500 ms.

Bitte tatsächlich ausrechnen!

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Network Core: Paketvermittlung

•  Ende-zu-Ende Datenströme werden in Pakete zerteilt

•  Pakete der Nutzer teilen Netzwerk Ressourcen

•  Jedes Paket nutzt volle Link-Bandbreite

•  Ressourcen nach Bedarf genutzt

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!  Wettbewerb um Ressourcen: !  Aggregierte Nachfrage kann

Angebot überschreiten !  Überlast (congestion): Pakete

in Warteschlange auf unbenutzten Link

!  Store-and-Forward-Prinzip: Pakete werden zunächst nur an den nächsten Router weitergeleitet

!  Router empfangen immer vollständiges Paket vor der Weiterleitung

Aufteilung der Bandbreite Dedizierte Vergabe von Ressourcen

Ressourcenreservierung

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Paketvermittlung: Store-and-Forward-Prinzip

•  Es werden L/R Sekunden benötigt um ein Paket von L Bit über einen Link mit R Bps zu senden

•  Jedes Paket muss vor der Weiterleitung vollständig in jedem Zwischenschritt rekonstruiert werden: Store and Forward

•  Verzögerung im Bsp.-Netz = 3 L/R

Beispiel: •  L = 7.5 Mb •  R = 1.5 Mbps •  Verzögerung = 15 sec

•  F: Wie lange würde es im Fall von physischer Leitungsvermittlung dauern?

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R R R L

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Paketvermittlung: Statistical Multiplexing

•  Paketsequenz von A & B hat kein festes Muster ➨ Statistical Multiplexing.

•  Unterschied zu TDM: Bei TDM hat jeder Host den gleichen Slot im wiederkehrenden Rahmen.

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A

B

C 10 Mb/s Ethernet

1.5 Mb/s

D E

Statistical Multiplexing

Paketwarteschlange

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Paket- vs. Leitungsvermittlung

•  1 Mb/s Link •  Jeder Nutzer:

•  100 Kb/s sobald “aktiv” •  10% der Zeit aktiv

•  Leitungsvermittlung: •  k=10 Nutzer

•  Paketvermittlung: •  Bei N=35 Nutzer, P(k > 10)

< 0.0004, also nahezu nie mehr als 10 Nutzer gleichzeitig

Vorteil: Paketvermittlung erlaubt mehr Nutzer!

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N Nutzer 1 Mbps link

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Paketvermittlung: Weiterleitung

•  Ziel: Pakete durch Router von der Quelle zum Ziel übermitteln •  Anm.: Welcher Pfad gewählt wird bestimmen Routing-Algorithmen

(siehe Kapitel 2.4)

•  Datagram Network: •  Zieladresse (destination address) im Paket bestimmt nächsten Router •  Routen verändern sich während einer Sitzung •  Analogie: Autofahren und jedes Mal nach dem Weg fragen

•  Virtual Circuit Network: •  Jedes Paket besitzt einen Tag (virtual circuit ID) •  Tag bestimmt nächsten Router •  Pfad bei Sitzungsaufbau (call setup) bestimmt, bleibt dann gleich •  Router halten Sitzungszustand aufrecht

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Taxonomie der Kommunikationsnetze

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Kommunikations- netze

Leitungs- vermittelnde

FDM TDM

Paket- vermittelnde

Netzwerke mit VCs

Datagram Networks

!  Datagram Networks können trotzdem sowohl verbindungsorientierte als auch –lose Dienste anbieten!

!  Internet bietet mit TCP und UDP beides an

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Paket- vs. Leitungsvermittlung

•  Besonders geeignet bei diskontinuierlichem (bursty) Sendeverhalten

•  Bessere Ressourcennutzung •  Einfacher, ohne Verbindungsaufbau

•  Bei Überlast: Paketverzögerung und -verlust •  Protokolle zur sicheren Übertragung benötigt •  Staukontrolle

•  F: Wie kann Leitungsvermittlung nachgebildet werden? •  i.e. für Bandbreitengarantien bei Audio/Video-Anwendungen •  Immer noch ein ungelöstes Problem!

Paketvermittlung das bessere Paradigma?

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Kapitel 2.1: Roadmap

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Access Network, Physischer Zugriff

F: Wie werden Endsysteme mit den Edge-Routern verbunden?

•  Drahtgebunden über Telefon/DSL

•  Institutionelle Access Networks (Schule, Firma, Behörde,…)

•  Mobile Access Networks (GSM, UMTS, Satellit,…)

Zu berücksichtigen: •  Bandbreite des Access

Network? •  Latenz? •  Gemeinsamer oder dedizierter

Kanal?

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Residential access: Punkt-zu-Punkt-Zugriff

•  Einwahl über Modem •  Maximal 56Kbps direkte Verbindung

zum Router (i.d.R. weniger) •  Internet und Telefon nicht

gleichzeitig: “always on” nicht möglich

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!  ADSL: Asymmetric Digital Subscriber Line !  Bis zu 1 Mbps upstream (Typischerweise < 512 kbps) !  Bis zu 50 Mbps downstream (Typischerweise < 16 Mbps) !  FDM: 50 kHz - 1 MHz für downstream Daten 4 kHz - 50 kHz für upstream Daten 0 kHz - 4 kHz für Telefon

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Institutioneller Zugriff: Local Area Networks (LAN)

•  Firma / Universität lokaler Area Network (LAN) verbindet Endsysteme mit Edge-Router

•  Ethernet: •  Gemeinsame oder dedizierte

Verbindung •  10 Mbps, 100Mbps, Gigabit,

10GE, … Ethernet •  LANs: weiteres in Kapitel 5

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Wireless access networks

•  Gemeinsames wireless access network •  Verbindet Endsysteme und Router

•  Über Basisstationen (Access Points) •  Wireless LANs:

•  802.11b (WiFi): 11 Mbps •  802.11a/g : 54 Mbps •  802.11n: 300Mbps

•  Wide-area wireless access •  Von Telekommunikations-Providern •  UMTS (3G) ~ 384 kbps •  LTE ~ 100Mbps

•  Wird zurzeit im Europäischen Markt erprobt

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Basis- station

Mobile Hosts

Router

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Heimnetze

Typische Komponenten in privaten Netzen:

•  ADSL oder Kabelmodem •  Router/Firewall/NAT •  Ethernet •  Wireless Access Point

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Wireless Access Point

Laptops

Router/ Firewall

Kabel- modem

Zum Provider

Ethernet

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Physische Medien

•  Bit: wird zwischen Sender-und-Empfänger-Paaren propagiert

•  Physischer Link: Material und Umgebung zwischen Transmitter & Empfänger

•  Medien mit gerichteter Ausbreitung: •  Signals werden in festen Medien

weitergeleitet: Kupfer, Glasfasern, Coaxial-Kabel

•  Ungerichtete Ausbreitung: •  Signale bewegen sich frei, e.g., Funk

Twisted Pair (TP) •  Zwei isolierte Kupferkabel

•  Kategorie 3: Traditionelle Telefonkabel, 10 Mbps Ethernet

•  Kategorie 5: 100Mbps Ethernet

•  Kategorie 5e & 6: Gigabit Ethernet

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Physische Medien: Coaxial-Kabel, Glasfasern

Coaxial-Kabel: •  Zwei konzentrische

Kupferadern •  Oft auch bidirektional •  Baseband:

•  Ein Kanal pro Kabel •  Ursprüngliches Ethernet

•  Broadband: •  Mehrere Kanäle pro Kabel •  HFC (Hybrid Fiber Coax)

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Glasfaserkabel: !  Glassfasern transportieren Licht-

impulse, i.d.R. ein Bit/Puls !  Sehr schnelle Punkt-zu-Punkt-

Übertragung (e.g., > 10Gbps) !  Geringe Fehlerrate !  Großer Repeaterabstand !  Immun in Bezug auf

elektromagnetische Effekte

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Physische Medien: Funk

•  Signal über elektromagnetische Impulse übermittelt

•  Keine physische Verbindung •  In der Regel bidirektional •  Umwelteinflüsse:

•  Reflektion •  Abschattung durch Objekte •  Interferenz •  …

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Typen von Funk-Links: !  Gerichtete Mikrowelle & 60-

Gigahertz-Links !  e.g. bis zu 2,5Gbps

!  LAN (e.g., WiFi) !  2 … 300 Mbps

!  Wide-area (e.g., Mobilfunk) !  e.g. 3G: Hunderte von kbps

!  Satellit !  bis zu 50Mbps pro Kanal !  270ms Ende-zu-Ende-

Verzögerung !  Geostationär- vs. geringere

Höhen

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Kapitel 2.1: Roadmap

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Struktur des Internet: Netzwerk von Netzwerken

•  Annähernd Hierarchisch •  Im Zentrum: “Tier-1” ISP (e.g., T-Online, Verizon, AT&T), Nationale und internationale Verbindungen

•  Behandeln sich vertraglich als ebenbürtig

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Tier 1 ISP

Tier 1 ISP

Tier 1 ISP

Tier-1 Provider verbinden sich (peering) privat

NAP

Tier-1 Provider verbinden sich tw. auch an öffentlichen Network Access Points (NAPs)

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Struktur des Internet: Netzwerk von Netzwerken

•  “Tier-2” ISP: kleinere (regionale) ISP •  Verbunden mit einem oder mehreren Tier-1 ISP und zu anderen Tier-2

ISP (e.g. 1&1)

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Tier 1 ISP

Tier 1 ISP

Tier 1 ISP

NAP

Tier-2 ISP Tier-2 ISP

Tier-2 ISP Tier-2 ISP Tier-2 ISP

!  Tier-2 ISP bezahlen Tier-1 ISP für Internet Konnektivität

!  Tier-2 ISP sind Kunden der Tier-1 Provider

Tier-2 ISP vernetzen sich über private Verbindungen und über NAP

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Struktur des Internet: Netzwerk von Netzwerken

•  “Tier-3” ISP und lokale ISP •  Letztes Netz vor dem Endsystem, daher “access network”

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Tier 1 ISP

Tier 1 ISP

Tier 1 ISP

NAP

Tier-2 ISP Tier-2 ISP

Tier-2 ISP Tier-2 ISP Tier-2 ISP

lokaler ISP lokaler

ISP lokaler

ISP

lokaler ISP

lokaler ISP Tier 3

ISP

lokaler ISP

lokaler ISP

lokaler ISP

!  Lokale und Tier- 3 ISP sind Kunden anderer ISP

!  Nutzen i.d.R. exklusive Verbindung um mit dem Internet zu kommunizieren

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Struktur des Internet: Netzwerk von Netzwerken

•  Pakete traversieren eine ganze Reihe von Netzen!

Informations- und Kommunikationssysteme (SS 2014): 01 - Einführung

Tier 1 ISP

Tier 1 ISP

Tier 1 ISP

NAP

Tier-2 ISP Tier-2 ISP

Tier-2 ISP Tier-2 ISP Tier-2 ISP

lokaler ISP lokaler

ISP lokaler

ISP

lokaler ISP

lokaler ISP Tier 3

ISP

lokaler ISP

lokaler ISP

lokaler ISP

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Kapitel 2.1: Roadmap

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Gründe für Verlust und Verzögerung

Paketwarteschlangen in Routern •  Ankunftsrate der Pakete höher als Kapazität des ausgehenden Links •  Pakete warten in Reihenfolge auf Abarbeitung

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A

B

Paket wird gesendet (Verzögerung)

Paketwarteschlange (Verzögerung)

Freie Warteplätze für eingehende Pakete Verworfen wenn kein freie Puffer (Verlust)

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Die vier Quellen der Verzögerung

1. Knotenverarbeitung: !  Fehlerprüfung (bit errors) !  Ermittlung des

ausgehenden Links

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A

B

Ausbreitung Übertragung

Knoten- verarbeitung Warteschlange

2. Warteschlange !  Zeit die gewartet wird bis

ausgehender Link benutzbar ist

!  Hängt von der Auslastung des Routers ab (congestion)

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Die vier Quellen der Verzögerung

3. Übertragungsverzögerung: •  R = Link Bandbreite (bps) •  L = Paket Länge (bits) •  Zeit um Bits auf Link zu

geben = L / R

4. Ausbreitungsverzögerung: •  d = Länge des physischen Link •  s = Ausbreitungsgeschwindig-

keit im Medium (~2x108 m/s) •  Ausbreitungsverzögerung = d / s

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A

B

Ausbreitung Übertragung

Warteschlange

Anm.: s und R/L können extrem von einander abweichen!

Knoten- verarbeitung

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Analogie zum Autokonvoi

•  Auto � Bit; Konvoi � Paket •  Autos “breiten sich mit 100km/h

aus” •  Zollstationen benötigen 30s ein

Auto abzufertigen (Übertragungsverzögerung)

•  F: Wann ist der gesamte Konvoi an der zweiten Zollstation?

Informations- und Kommunikationssysteme (SS 2014): 01 - Einführung

Zoll- station

Zoll- station

Autokonvoi (10 Fahrzeuge)

100 km 100 km

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Analogie zum Autokonvoi (II)

•  Autos breiten sich mit 1000km/h aus

•  Zollstation benötigt 5 min um ein Auto zu bearbeiten

•  F: Werden Autos an der zweiten Zollstation ankommen bevor alle an der ersten abgefertigt wurden?

•  Ja! Nach 11 min, ist das erste Auto an der zweiten Station und 8 Autos sind an der ersten Station.

•  Die ersten Bits können ankommen, bevor das Gesamtpaket auf dem Link ist!

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Zoll- station

Zoll- station

Autokonvoi (10 Fahrzeuge)

100 km 100 km

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Verzögerung pro Knoten

•  dproc = Verarbeitungsverzögerung •  Typischerweise kleiner einiger Mikrosekunden

•  dqueue = Warteschlangenverzögerung •  Abhängig von der Auslastung

•  dtrans = Übertragungsverzögerung •  = L/R, Vergleichsweise hoch für Links mit geringer Bandbreite

•  dprop = Ausbreitungsverzögerung •  Je nach Link zwischen Mikrosekunden bis zu wenigen Sekunden

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dnodal = dproc + dqueue + dtrans + dprop

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Die “reale” Verzögerung im Internet

•  Wie sieht eigentlich die Verzögerung im Netz wirklich aus? •  Traceroute: Misst Verzögerung von Quelle zum Ziel sowie aller Router

auf dem Pfad •  Für alle Router i:

•  Sende drei Pakete zu Router i auf dem Weg zum Ziel-Host •  Router i antwortet den Paketen zum Sender •  Sender misst Intervall zwischen Senden und Empfangen.

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3 Tests

3 Tests

3 Tests

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Die “reale” Verzögerung im Internet

Informations- und Kommunikationssysteme (SS 2014): 01 - Einführung

traceroute to maxdome.de (217.72.205.89), 64 hops max, 52 byte packets 1 gw-prakinf.net.tu-ilmenau.de (141.24.35.254) 0.686 ms 0.302 ms 0.296 ms 2 xr-ilm1-te1-3.x-win.dfn.de (188.1.238.1) 0.648 ms 0.515 ms 0.593 ms 3 zr-erl1-te0-0-0-3.x-win.dfn.de (188.1.144.198) 3.225 ms 3.020 ms 3.007 ms 4 zr-fra1-te0-7-0-4.x-win.dfn.de (188.1.145.198) 7.600 ms 8.363 ms 6.941 ms 5 ge-3-20.bb-d.fra3.fra.de.oneandone.net (212.227.112.37) 6.910 ms 6.767 ms 6.740 ms 6 te-2-3.bb-d.bs.kae.de.oneandone.net (212.227.120.29) 10.018 ms 9.905 ms 9.936 ms 7 ae-4.gw-diste.bs.kae.de.oneandone.net (212.227.121.194) 9.762 ms 9.760 ms 9.730 ms 8 typo.mxd.web.de (217.72.205.89) 9.878 ms 9.872 ms 10.347 ms

traceroute maxdome.de Drei Messungen zu maxdome.de

Ausgabe:

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Paketverluste

•  Gründe für Paketverlust •  Paket-Header beschädigt während des Transports (e.g. Bitkipper)

•  Wenn Router dies detektieren wird das Paket verworfen •  Warteschlange hat endliche Kapazität

•  Wenn ein Paket ankommt und die Warteschlange voll ist, wird es verworfen

•  Reaktionen auf Paketverlust •  Verlorenen Pakete können erneut übermittelt werden:

•  Vom vorherigen Knoten oder •  Von der Quelle

•  Es kann aber auch darauf verzichtet werden (e.g. bei Multimedia-Daten)

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Kapitel 2.1: Roadmap

1.1 Was ist das Internet? 1.2 Network Edge 1.3 Network Core 1.4 Access Network, Physischer Zugriff 1.5 Internet Struktur und ISP 1.6 Verzögerung & Verlust in paketvermittelnden Netzen 1.7 Protokollschichten, Dienstmodell

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Protokollschichten

Netzwerke sind komplex! •  Viele “Teile”:

•  Hosts •  Router •  Links verschiedener

Typen •  Anwendungen •  Protokolle •  Hardware, Software

Frage: Wie können Netze strukturiert

werden?

Oder wie kann man zumindest die Diskussion und Lehre

strukturieren?

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Analogie: Stationen bei Flügen

•  Geordnete Reihenfolge von Schritten

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Ticket (Verkauf) Gepäck (Aufgabe) Gate (Beladen) Piste (Abheben) Flugzeug leiten

Ticket (Beschwerden) Gepäck (Abholung) Gate (Entladen) Piste (Landen) Flugzeug leiten

Flugzeug leiten

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Schichten beim Flugverkehr

Schichten: jede Schicht stellt einen Dienst bereit •  Jede über diese Schicht beschränkte Aktionen •  Jeder Dienst hängt von den Schichten darunter ab

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Abflughafen Flugkontrollzentren

Schalter

Gepäck

Gate

Piste

Verkehrsleitung

Zielflughafen

Verkauf Aufgabe

Beladen

Abheben

Leiten Leiten Leiten

Beschwerden Abholung

Entladen

Landen

Leiten

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Der Internet Protokoll-Stack

•  Anwendungsschicht: Netzwerkanwendungen •  FTP, SMTP, HTTP

•  Transportschicht: Ende-zu-Ende-Übertragung •  TCP, UDP

•  Netzwerkschicht: Weiterleitung von Paketen von der Quelle zum Ziel

•  IP, Routing Protokolle •  Datensicherungsschicht: Datentransfer

zwischen benachbarten Netzwerkelementen •  PPP, Ethernet, WLAN

•  Bitübertragungsschicht: Überträgt Bits “über den Draht”

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Anwendungs-

Transport-

Netzwerk-

Datensicherungs-

Bitübertragungs-

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Kapselung

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Nachricht Segment

Datagram Rahmen

Quelle application transport network

link physical

Ht Hn Hl M

Ht Hn M

Ht M

M

Ziel

application transport network

link physical

Ht Hn Hl M

Ht Hn M

Ht M

M

network link

physical

link physical

Ht Hn Hl M

Ht Hn M

Ht Hn Hl M

Ht Hn M

Ht Hn Hl M Ht Hn Hl M

Router

Switch

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Einführung: Zusammenfassung

Verschiedenste Themen behandelt: •  Überblick über Internet •  Was ist ein Protokoll? •  Network Edge, Core, Access

Network •  Paket- und

Leitungsvermittlung •  Internet/ISP Struktur •  Paketverlust und -verzögerung •  Schichten- und Dienstmodell

Ziel war es: •  Kontext, Überblick und

“Gefühl” für Kommunikationsnetzen zu bekommen

•  Details folgen jetzt!

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