Kapitel 7 Das Internet -...

Kommunikationsnetze Wintersemester 2018/19

Prof. Jochen Seitz 1

Kapitel 7 –Das Internet

i. Struktur des Internets

ii. TCP/IP – Referenzmodell

iii. Internet Layer

iv. Transport Layer

v. Application Layer

Das Internet

▪ Das Internet besteht aus• einer Menge von Computern, die

− dieselbe Protokollfamilie TCP/IP verwenden;

− irgendwie (direkt oder indirekt) miteinander verbunden sind;

− gewisse Dienste anbieten oder benutzen,

• einer Menge von (menschlichen oder technischen) Nutzern, die vom Arbeitsplatz direkten Zugriff auf die angebotenen Dienste haben,

• einer Menge von weiteren, über Gateways erreichbaren Netzen.

Kommunikationsnetze -- 7. Das Internet (WS 2018/19) 2

Fachgebiet Thüringen Deutschland Welt

http://www.un.org/

http://www.bundesregierung.de/

http://www.telematik.informatik.uni-karlsruhe.de/



Die Struktur des Internets


Backbone Service Provider

Consumer ISP

Consumer ISPConsumer ISP

Large Corporation

Large CorporationSmall

Corporation

PeeringPoint

Historie: Entwicklung des Internet

1962 DoD (Department of Defense, „Pentagon”): „Verteidigung hängt von der Kommunikation ab“

1967 ARPA (Advanced Research Project Agency) des DoD:Auftrag „Projektstudie ausfalltolerantes Paketnetz” an SRI (Stanford Research Institute)

1969 Erstes „Internet”: 4 Hosts

1971 Betriebsaufnahme ARPAnet, das erste Internet-Backbone

1974 Neue Protokollsuite: TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol)

1988 IP-Verbindung zum Internet aus Deutschland über EUnet-IRB Dortmund und XLink (eXtended Lokales Informatik-Netz Karlsruhe)

1991 EBONE: Europäisches Backbone

1996 University Corporation for Advanced Internet Development — Internet2

1998 Beginn der Standardisierung von IPv6

2003 Erste Erwähnung von „Web 2.0“

2014 30 Jahre E-Mail




Wichtige Dienste im Internet

▪ World Wide Web —• weltumspannendes Nachschlagewerk

• Basis „Hypertext Transfer Protocol” HTTP

▪ Elektronische Post (E-Mail) —• Austausch von digitalen (multimedialen) Nachrichten

• Basis „Simple Mail Transfer Protocol” SMTP

▪ Telefonie (Voice-over-IP, VoIP) —• Sprachkommunikation – kompatibel zum POTS

• Basis „Real-time Transfer Protocol” RTP und „Session Initiation Protocol” SIP

▪ Netzmanagement —• Überwachung und Kontrolle von vernetzten Systemen

• Basis „Simple Network Management Protocol” SNMP


Wachstum des Internets


Quelle: https://www.isc.org/network/survey/



0

2.000.000

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.de Domänen

Geschätzte Anzahl von Internet-Domänen in Deutschland

Kommunikationsnetze -- 7. Das Internet (WS 2018/19) 7Quelle: DENIC eG (https://www.denic.de/wissen/statistiken/monatsauswertung-de/)

Deutschland

RIPE (Réseaux IP Européens)

Zahl der .de-Domainsam 29. November 2018:

16.207.369

Wiederholung: OSI und Internet

▪ Wesentliche Abwandlungen:• Internet-Anwendungsschicht = Zusammenfassung der anwendungsorientierten ISO/OSI-Schichten

• Internet-Rechner-Netzanschluss = Zusammenfassung der hardwarenahen ISO/OSI-Schichten 1 und 2


OSI-Referenzmodell Internet-Referenzmodell

Anwendung

Darstellung

7

6

5

4

3

2

1

Anwendung

Komm.-steuerung

Transport

Vermittlung

Sicherung

Bitübertragung

Transport

Internet

Rechner-Netzanschluss



Struktur des Internets

▪ Ziel: Weltweite Kommunikation zwischen Rechnersystemen unterschiedlicher Bauart

▪ Struktur: Kopplung einzelner Rechner bzw. lokaler Netze über ein teilvermaschtes Netz von Vermittlungsknoten, den Routern


Definition einer einheitlichen Protokollfamilie: TCP/IP

Router

RouterRouter

LANL

A

N

RouterIP-Paket

Die Internet-Protokollfamilie (I)

▪ Vereinfachte Darstellung:• Internet-Schicht – wesentlich mehr Protokolle als nur das Internet Protocol IP• Adressauflösung hier nicht berücksichtigt

▪ Früher üblicherweise Client-/Server-basiert.

▪ Heute immer mehr Peer-to-Peer-Anwendungen.


Anwendungs-protokoll

UDP

Rechner B

IP


TCP

Anwendungs-protokoll

UDP

Rechner A

IP


TCPInternet



Die Internet-Protokollfamilie (II)

▪ TCP/IP = Synonym für die gesamte Protokollfamilie

▪ Adressauflösung hier nicht berücksichtigt

▪ Früher üblicherweise Client-/Server-basiert

▪ Heute immer mehr Peer-to-Peer-Anwendungen


IGMP ICMP

ARP

TCP UDP

Vermittlungs-schicht

Transportschicht

Kommunikations-steuerungsschicht

Sicherungsschicht

RARP

IP


Anwendungsprotokolle

Die Internet-Protokollfamilie: Protokollaufgaben

TCP Transmission Control Protocol: verbindungsorientierter, gesicherter Transportdienst

UDP User Datagram Protocol:verbindungsloser, ungesicherter Transportdienst

IP Internet Protocol:Wegewahl und ungesicherte Übertragung von Datagrammen

ICMP Internet Control Message Protocol:Austausch von Kontrollinformationen innerhalb der Vermittlungsschicht

IGMP Internet Group Management Protocol:Verwaltung von Kommunikationsgruppen

ARP Address Resolution Protocol:Zuordnung von IP-Adressen zu den entsprechenden Adressen der Sicherungsschicht

RARP Reverse Address Resolution Protocol:Umkehrfunktion von ARP




Internet versus Intranet

Internet

▪ Weltumspannendes Rechnernetz auf der Basis der TCP/IP-Protokollsuite

▪ Globale Adressierung der Endsysteme

▪ Übergänge in verschiedene andere Netze

Intranet

▪ Internes (nicht öffentliches) Rechnernetz auf der Basis der TCP/IP-Protokollsuite

▪ Lokaler Teil des Internets (oftmals auch Corporate Network, d. h. ein geschlossenes und privates Unternehmensnetzwerk)

▪ In der Regel Übergang zwischen Intranet und Internet:

• Gateway

• Firewall



Adressierung im Internet

Informationsaustausch zwischen Netzknoten➔MAC-Adresse

Verbindungsloses Datennetz➔ IP-Adresse

Ende-zu-Ende-Informationsaustausch➔ Port, Socket

Anwendung

Transport

Internet


Anwendungsorientierte Kommunikation➔ logische Adresse




IP

Ethernet WLAN ATM PPP

TCP UDP

RTPHTTP IMAP

MAC/LLC

Socket

Internet-Protokolle im heterogenen Umfeld

* * *

Das Protokoll IP (Internet Protocol)

▪ Historie:

• Entwickelt vom amerikanischen Verteidigungsministerium (Departement of Defense, DoD).

• Bereits 1969 im damaligen ARPANET eingesetzt (ursprünglich 4 Hosts!).

▪ Realisierung und Entwicklung:

• Aufgrund der großen Ausdehnung des Internets das am meisten genutzte Schicht-3-Protokoll

• Weiterentwicklung im Projekt IPng (IP next generation) der IETF (Internet Engineering Task Force) zu IPv6


LAN

LAN

Router

RouterRouter



Eigenschaften von IP

▪ Paketvermittelt

▪ Verbindungslos (Datagrammdienst)

▪Ungesicherte Übertragung:• Verlust von Datagrammen• Duplizierung von Datagrammen• Reihenfolgevertauschung von Datagrammen• (theoretisch) endloses Kreisen von Datagrammen • Keine Behandlung von Fehlern der darunter liegenden Schicht• Fehleranzeige mit dem Protokoll ICMP (Internet Control Message Protocol)

▪ Keine Fluss- und Staukontrolle

▪Weltweit eindeutige (hierarchische) Adressierung notwendig



IPv4-AdressenAdressklassen (32 Bit):

1. Class A für Netze mit bis zu 16 Mio. Knoten

2. Class B für Netze mit bis zu 65.536 Knoten

3. Class C für Netze mit bis zu 256 Knoten

4. Class D für Gruppenkommunikation (Multicast)

5. Class E, noch reserviert für zukünftige Anwendungen

0 1 2 4 8 16 24 31

0 Netz-ID Knoten-ID

1 0

1 1 0

1 1 1 0

1 1 1 1 0

Netz-ID Knoten-ID

Netz-ID Knoten-ID

Multicast-Adresse

Reserviert für zukünftige Anwendungen



IPv4-Subnetz-Adressen

▪ IP-Adresse (hier Klasse B):

▪ Subnetzmaske: Teil der IP-Adresse, der das Netz und das Subnetz beschreibt.(Einsen („1“) in der binären Form der Subnetzmaske)

▪ Beispiel:IP-Adresse: 129. 13. 3. 64Subnetzmaske: 255. 255. 255. 0

1111 1111 1111 1111 1111 1111 0000 0000Netzwerk: 129. 13.Subnetz: 3.Endsystem: 64

▪ Netzwerk-Adresse → Adressklasse

▪ Subnetz optional


Netz-Teil

Netz-Teil

Subnetz-Teil Endsystem

Lokaler Teil


IP-Subnetze: Beispiel

129.13.3

129.13.41

129.13.42

Router

Ethernet

Ethernet

Ethernet

129.13.35

FDDI

Router

Uni-Netz

Internet

Router-RZ

Übergang Rechenzentrum - Institut

129.13

129.13.*.*

129.13.3.*129.13.35.*129.13.41.*129.13.42.*

129.13.3.*

129.13.41.*

129.13.42.*




Wegewahl bei IP

▪ Routingtabelle in jedem System

▪ Zieladresse → Zeile für die Weiterleitung:

• Durchsuche Host-Adressen

• Durchsuche Netzwerkadressen

• Suche nach Default-Eintrag

▪ Zwei Möglichkeiten:

• Rechner direkt erreichbar (direct route)

• Rechner indirekt erreichbar (indirect route)

▪ Erforderlicher MAC-Rahmen wird adressiert an:

• Zielsystem (bei direct route)

• Router (bei indirect route)

Beispiel der Adressierung▪ Kommuniziert werden soll mit den folgenden Rechnern

• 129.13.35.73 (sioux.telematik.informatik.uni-karlsruhe.de)

• 132.151.1.19 (www.ietf.org)

▪ Die Routingtabelle sieht wie folgt aus:


Destination Gateway Flags Refs Use Interface

Default i70lr0 UGS 1 13320 tu0

127.0.0.1(localhost)

localhost UH 7 242774 lo0

129.13.3 i70r35 UGS 0 6 tu0

129.13.35 mohave U 11 3065084 tu0

129.13.41 i70r35 UGS 2 4433 tu0

129.13.42 i70r35 UGS 0 4 tu0



Kontroll- und Datenpfad

▪ Datenpfad in Vermittlungsschicht

• Weiterleitung der Datenpakete

▪ Kontrollpfad in darüber liegender Schicht

• für den Austausch von Routingkontrollinformation(Routing-PDUs in N-PDUs oder sogar in T-PDUs gekapselt)

▪ Routinginformation

• Austausch/Sammlung durch Routingprotokoll

• Speicherung in Routingtabelle

▪ Routingalgorithmus verwaltet die Routingtabelle

• Einfügen/Löschen/Ändern von Einträgen

• auf der Basis der gewonnenen Routinginformation

Die Internet-Protokollwelt - 4. Routing 23

Vermittlung

Routing-PDUs

Daten-PDUs

Routing-PDUs

Daten-PDUs

Routing-Algorithmus

Routing-tabelle

Datenpfad

Kontrollpfad

Motivation für eine „neue”Internet-Protokollsuite

▪ Adressierungsprobleme• IP-Adressraum kaum mehr ausreichend

• Class-B-Adressen sind nahezu erschöpft

• Übergangslösungen nicht zukunftssicher

• Keine hierarchische Adressierung

• Routing-Tabellen wachsen sehr schnell, daher ineffizientes Routing

▪ Sicherheitsprobleme

▪ Verstärkte Dienstgüteanforderungen durch Multimediaanwendungen




Eigenschaften von IPv6 im Überblick

▪ Erweiterte Adressierungsmöglichkeiten

▪Neues IP-Paketkopfformat• Einfachere Struktur

• Verbesserte Behandlung von Optionen

▪ Segmentierung nur Ende-zu-Ende

▪ Autokonfiguration von IP-Systemen

▪Dienstgüteunterstützung

▪Multicast-Integration

▪ Sicherheitsvorkehrungen


IPv6-Adresse

▪ 128 bit lange Adressen• Theoretisch 3, 4 1038 Adressen

• Optimistische Abschätzung: 700 1021 pro m2

• Pessimistische Abschätzung (RFC1715): 1.700 pro m2

▪Neue Notation• 8 durch Doppelpunkte getrennte 4-stellige Hexadezimalzahlen

5800:0000:0000:0000:0000:0000:0056:0078

• Reihen von Nullen können weggelassen werden5800::56:78

▪ Strukturinformation zur hierarchischen Lokalisierung




IPv6 in der Praxis

▪ Betriebssysteme in der Regel IPv6-tauglich

▪ Sehr viele Produkte/Geräte IPv6-kompatibel

▪ Aber• In der Regel Verwendung von IPv4 (Investitionsschutz)

• Einsatz der alten Technik durch Erweiterungen von IPv4 weiterhin möglich

• Kein zu großer Druck seitens der Anwendungen, die speziellen Eigenschaften von IPv6 zu nutzen

▪ IPv6 immer noch nicht weit verbreitet…


Adressauflösung IP-Adresse →MAC-Adresse

▪ Aufgabe:• Umsetzen der IP-Adresse Schicht-2-Adresse (MAC-Adresse)

• Beispiel Rechner „Sioux“:− IP-Adresse: 129.13.35.73 Ethernet-Adresse: 08-00-2b-a2-80-dd

▪ Vorgehensweise:• Übergabe der IP-Adresse zur Adressauflösung an die ARP-Instanz

• Rundruf (Broadcast) im lokalen Netz unter Angabe der gesuchten IP-Adresse

• Broadcast von allen Stationen am Netz empfangen

• Antwort (Unicast) von der Station, die ihre IP-Adresse erkennt

• Zwischenspeichern der Antwort für ein gewisses Zeitintervall





Address Resolution Protocol (ARP)

IP

ARP

129.13.35.73

129.13.35.75

129.13.35.71

ARPARP

Gesucht: Hardware-Adresse zu 129.13.35.73

(1) „Rechner 129.13.35.71 suchtRechner 129.13.35.73”

(2) „Ich bin Rechner 129.13.35.73 und meine MAC-Adresse ist 08-00-2b-a2-80-dd”

ICMP – Internet Control Message Protocol

▪ Keine Meldung einzelner Paketverluste durch IP (unzuverlässiger Datagrammdienst)

▪ Meldung schwerwiegender Probleme (z. B. Unterbrechung einer Leitung) mittels ICMP zur Vermeidung von Folgefehlern

▪ ICMP → Austausch von Fehlermeldungen, Statusanfragen und Zustandsinformation


Router

Router

Router RouterLeitung

unterbrochen

ICMP-Nachrichten

Sender

Empfänger



Transmission Control Protocol TCP

▪ Verbindungsverwaltung

• Verbindungsaufbau zwischen zwei „Sockets” (entspricht CEP im TSAP)

• Datentransfer über virtuelle Verbindung

• Gesicherter Verbindungsabbau (alle Daten müssen quittiert sein)

▪ Multiplexen

• Mehrere Anwendungsprozesse gleichzeitig über einer TCP-Instanz

▪ Datenübertragung

• Vollduplex

• Reihenfolgetreue

• Flusskontrolle mit Fenstermechanismus

• Fehlerkontrolle durch Folgenummern (Sequenznummern), Prüfsumme, Quittung, Übertragungswiederholung

• Zeitbehaftete Daten: Falls Auslieferung in bestimmter Zeit nicht möglich ist, wird der Dienstbenutzer informiert

▪ Fehleranzeige


TCP: Adressierung▪ Identifikation von Anwendungsprozessen über Ports

▪ Portnummern bis 1024 für häufig benutzte Dienste reserviert:„Well-known Ports“, z. B. 21 für FTP, 23 für TELNET, 80 für HTTP

▪ Socket: Internetadresse eines Rechners und Portnummer

▪ Notation: (IP-Adresse:Portnummer) → Internet-weit eindeutig

▪ Beispiel:


Port21

Port400

TCP

IPNetz-zugang

TCP

IPNetz-

zugang

Internet

FTP-Server

FTP-Benutzer A

Port400

TCP

IPNetz-

zugang

FTP-Benutzer B

141.24.191.41 129.13.42.112 129.13.42.115



TCP: Verbindungsmanagement


Clo

se PassiveC

lose

Act

iv

Ver

bin

du

ngs

aufb

au

Closed

Listen

SYN rcvd SYN sent

Estblshd

FIN wait1

FIN wait2

Closed

Closing

Timed wait

Close wait

Last ACK

Connect; SYN

Close; -

Listen; - Close; -

SYN; SYN+ACK

RST; - Send

SYN; SYN+ACK(gleichzeitig)

ACK; -

SYN+ACK; ACK

Close; FIN Close; FIN FIN; ACK

FIN; ACK

Close; FIN

FIN; ACK

ACK; - ACK; -

ACK; -

FIN+ACK;ACK

(Timeout; -)


TCP: FenstermanagementSender Empfänger

Anwendungschreibt 2KB

Anwendungschreibt 3KB

Sender kann bis zu2KB übertragen

Sender istblockiert

Empfängerpuffer0 4K

Leer

Voll

2K

2K

2K1K

Anwendung liest 2KB




TCP: Staukontrolle

Anzahl der Übertragungen

Üb

ertr

agu

ngs

fen

ster

(K

B)

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 240

4

8

12

16

20

24

28

32

36

40

44

Schwelle

Schwelle

Timeout


User Datagram Protocol UDP

▪ Unzuverlässig, verbindungslos, einfacher und schneller als TCP

▪ Demultiplexing der empfangenen Pakete basierend auf der Port-Nummer

▪ Optionale Prüfsumme

▪ Auch hier festgelegte, sogenannte „well-known” Ports:

• 13: daytime

• 53: domain name server

• 123: network time protocol

▪ Verwendet von Multimedia-Anwendungen (VoIP, Videostreaming)

0 31

Paket-kopf

Source Port Destination Port

Message Length Checksum

Daten ...

16



Land

InstitutionAbteilung

Rechner

Anwendungsnahe Adressierung im Internet

▪ Adressierung über logische Namen• Einfacher zu merken• Dienste einfacher auf andere Rechner übertragbar

▪ Aufbau eines logischen Namens• Weltweit eindeutig• Hierarchische Struktur• Gliederung in Domänen

▪ Beispiel• ikmcip1.e-technik.tu-ilmenau.de

▪ Benötigt:• Abbildung logischer Name → IP-Adresse• Ursprünglich: Datei (hosts.txt), die jede Nacht vom Server geladen wurde• Problem: steigende Anzahl der Namen


Domain Name System, DNS

▪ Namensraum in Zonen aufgeteilt:

Die Internet-Protokollwelt - 5. Transportschicht im Internet 38

Länder Allgemeine Kategorie(vorrangig innerhalb der USA)

us de se ... uk net org gov mil edu com

tu-ilmenau

e-technik

ikmcip1

nasa

...www

Geplante, z. T. bereits realisierte weitere Zonen (Top Level Domains):• app – Handy-Apps• farm – Landwirtschaft • info – Information • red – für Leute, die rot mögen• singles – für Online-Dating• vodka – wie der Name schon sagt• work – ???

ac co

Top Level Domains:



DNS – Beispiele

Auflösung der Adresse eines Web-Servers:

Auflösung der Adresse eines Mail-Servers:

Die Internet-Protokollwelt - 5. Transportschicht im Internet 39

http://www.nasa.gov/ IP-Adresse für

www.nasa.gov ?

198.116.142.34 http 198.116.142.34

mail [email protected] für ieee.org ?

gemini.ieee.org, IP-Adresse 199.172.136.14,

SMTP

smtp 199.172.136.14

Elektronische Post – E-Mail

▪ Internationaler Dienst zum Austausch elektronischer Mitteilungen zwischen Personen oder zwischen Rechnern


Umschlag

Inhalt

Briefkasten BriefkastenPostamt Postamt

Absender Empfänger

Absender Empfänger

UserAgent

MessageTransferAgent

MessageTransferAgent

UserAgent

Ter-minal

Ter-minal

(a) Traditionelle Brief-Post

(b) Elektronische Post

Umschlag

Inhalt



E-Mail im Internet: Simple Mail Transfer Protocol SMTP

▪ ASCII-basiertes Anwendungsschichtprotokoll

▪ Genutztes Transportschichtprotokoll: TCP

▪ Well-known Port: 25 (für authentische E-Mails 587)

▪ Dienste Übermittlung und Vervielfältigung• Keine Bestätigung der Auslieferung durch SMTP→ in E-Mail-Programm integriert


User

Sender-SMTP

Receiver-SMTP

SMTPCommands

RepliesFile

SystemFile

System

Beispiel für einen SMTP-Dialog

R: 220 MIT-Multics.Arpa Simple Mail Transfer Service Ready

S: HELO Isi-VaxA.Arpa

R: 250 MIT-Multics.Arpa

S: MAIL FROM: [email protected]

R: 250 OK

S: RCPT TO: [email protected]

R: 250 OK

S: DATA

R: 354 Start mail input; end with <CRLF>.<CRLF>

S: < Text Line 1 >

< etc. >

.

R: 250 OK

S: QUIT

R: 221 MIT-Multics.Arpa Service closing transmission channel




E-Mail-Abruf:Post Office Protocol (POP3)

▪ Post Office Protocol POP in der Version 3

▪ Mittels POP3 holt der Mail-Client die vom SMTP-Server empfangenen und in den Mail Folder eingestellten Meldungen ab


Internet

POP 3

SMTP

Mail Folder Mail Client

empfangene Nachrichten

gesendete Nachrichten

E-Mail-Abruf:Internet Message Access Protocol IMAP

▪ Herunterladen der Mails von einem Mail-Server

▪ Funktional eine Obermenge von POP

▪ Funktionen, um Mail bereits auf den Server zu durchsuchen und zu analysieren• Zustand des Mail-Kontos auf dem Mail-Server geführt

• konsistente Sicht auf empfangene und gelesene Mails trotz der Benutzung unterschiedlicher Endgeräte

• selektiver oder auch partieller Nachrichtentransfer

▪ zusätzliche Funktionalität in der Autorisierungsphase („Kerberos“) und in der Unterstützung allgemeiner Mailboxen mit Zugriffsmöglichkeiten mehrerer Benutzer bzw. Benutzergruppen




Multipurpose Internet Mail Extension, MIME

▪ SMTP: • einfache ASCII-Texte als Nachrichten • keine Struktur für den Hauptteil einer Nachricht

▪MIME [RFCs 2045 – 2049]: • Erweiterung des Hauptteils einer Nachricht um

Formatinformation durch zwei neue Datenfelder für den Kopfteil einer Nachricht:− Content-Type: Typ des Hauptteils

bisher Text, Multipart, Message, Application (Binary), Image, Audio, Video und X-private

− Content-Transfer-Encoding: Transfer-Syntax, in der die Daten des Hauptteils übertragen werdenbisher Base 64, Quoted Printable, 7bit, 8bit und binary

Die Internet-Protokollwelt - 9. Anwendungen im Internet 45

Nachrichtenkopf(incl. MIME-

Formatinformationen)

Nachrichtenrumpf

Text

Bild

Audiosequenz

Mail und Sicherheit:Pretty Good Privacy (PGP)

▪ Aufgabe: Authentisierung und Verschlüsselung von Dateien

▪ Funktionsweise (bei Nutzung aller Möglichkeiten):

1. Datenkompression (ähnlich gzip)

2. Daten-Authentisierung durch digitale Signatur

3. Symmetrische Verschlüsselung mit

Sitzungsschlüssel, der Public-Key-verschlüsselt

vorangestellt wird

4. „Base64”-Kodierung für Mail-Übertragung

▪ Datenformat inzwischen IETF-Standard: OpenPGP (RFC 2440)




Zur Entwicklung desWorld Wide Web (WWW)

▪ Hervorgegangen aus Arbeiten des britischen Informatikers Tim Barners-Lee am europäischen Forschungszentrum CERN (Genf)• Ziel: Einfacher weltweiter Austausch von Dokumenten zwischen den Wissenschaftlern

▪ Erster Prototyp Ende 1990• grafisch (auf NEXTStep) und zeilenorientiert

▪ Durchbruch des WWW durch den von Marc Andreesen und Eric Bina (University of Illinois) entwickelten WWW-Client Mosaic• ursprünglich auf Unix-Workstation unter X-Window-System entwickelt

• als Quellcode per FTP kostenlos verfügbar → schnelle Verbreitung

▪ Gründung eines W3-Konsortiums zur Standardisierung des WWW im Juli 1994 (Vorsitzender: Tim Barners-Lee)


Ideen und Ziele des Web

▪ Lokalisierung von Information mit Hilfe einer einheitlichen Adressierungsmethode

▪ Einheitlicher Zugang (lesen und schreiben) über eine standardisierte Benutzerschnittstelle

▪ Inhalte als Hypermedia-Dokumente, visualisierbar, abspielbar auf unterschiedlichsten Rechnern

▪ Integration externer Informationsquellen(z.B. Datenbanken)

▪ Unterstützung von Transaktionen als Grundlage für interaktive Anwendungen (Client/Server)

▪ Keine Reglementierung von Informationsanbietern, inhärente Informationsverteilung




Anforderungen eines verteilten Dokumentensystems

▪ Kodierung der Dokumente• Inhalt

• Semantik

• Darstellung

▪ Identifikation der Dokumente• Lokalisierung

• Zugriff

▪ Transport der Dokumente

▪ Dokumentenformat• HyperText Markup Language (HTML)

− Document Type Definition (DTD)

− Standardized General Markup Language (SGML)

▪ Identifikationsschema• Uniform Resource Identifier (URI)

− Uniform Resource Name (URN)

− Uniform Resource Locator (URL)

▪ Transferprotokoll• Hypertext Transfer Protocol (HTTP)


Architektur und Protokolle

▪ Client/Server-Architektur

▪ Synchrones Kommunikationsmodell (Request/Response)

▪ Ressourcen• Einheit der Kommunikation zwischen Client und Server

• Statisch oder dynamisch


Web-Client

Web-Server Ressourcen

Request

Response

HTTP

Web-Seite

Web-Seite

Web-Seite

Web-Seite



Uniform Resource Identifier (URI)

▪ Syntax für alle Identifikatoren [RFC 1630]:• <uri> ::=

<scheme>":"<scheme-specific-part> • <scheme>

− Bezeichnet das Namensschema für diesen URI

• <scheme-specific-part>− Enthält aktuelle Identifikation entsprechend des scheme

▪URIs können sein:• Namen – Uniform Resource Name

• Lokationen / Adressen – Uniform Resource Locator

• Metainformationen – Uniform Resource Characteristic


Abgrenzung: Web und Internet

▪ Internet → Verknüpfung heterogener Netzwerke• Basis: Vermittlungsschichtprotokoll IP

• Verschiedene Transportprotokolle verfügbar (TCP, UDP, ...)

• Vielzahl von Anwendungsprotokollen (Telnet, FTP, RTP, SMTP, HTTP, ...)

World-Wide Web → einer von vielen Internetdiensten, Integration anderer Internetdienste in das World-Wide Web möglich




Protokoll-Flexibilität des Web-Clients

▪ FTP: • Anzeige von Dateien eines FTP-Servers in der Web-Seite oder direkte Abholung durch Angabe des FTP-

URL

▪ NNTP: • Angabe der gewünschten Newsgruppe im NEWS-URL

▪ SMTP: • Struktur des URL ist mailto:name@adresse


WWW-Client

Internet

WWW-Server NEWS-ServerFTP-Server Mail-Server . . .

HTTP FTP NNTP SMTP

Web-Client & Web-Server

▪ Client:• URL einlesen

− Servername extrahieren und Serveradresse bestimmen

− Dateiname extrahieren

• TCP-Verbindung zum Server / Proxy aufbauen

• HTTP-Request erstellen und schicken

• HTTP-Response (aktiv) empfangen

• HTTP-Response interpretieren

• Inhalte darstellen bzw. ausführen

▪ Server:• Auf HTTP-Requests warten

• HTTP-Requests interpretieren

• Requests bearbeiten− Zugriff auf Dateisystem

− Eventuell Delegation

• Mit entsprechender Response antworten

• Unterschiedliche Realisierungs-möglichkeiten− Iterativer Server

− Nebenläufiger Server




Cookies

▪ HTTP zustandslos, d.h. kein Zusammenhang zwischen zwei Anfragen

▪ Mit Cookies Speicherung des Zustands beim Client

▪ Protokollprimitive:• Set-Cookie (Server➔Client)

• Cookie (Client➔Server)

▪ Beispiele für ein Cookie:• AWID• 141.24.92.233.250231057309646408• www.adobe.com/• 1536• 30307898• 1748280672• 29573643• *


HTTP – Zustandsbehaftete Kommunikation


Client Server



Voice over IP (VoIP)


PC mit PC:

PC mit Telefon:

IP-Netz(Intra- oder Internet)

VoIP-Gateway

ISDN-TK-

Anlage

IP-Netz(Intra- oder

Internet)PSTN

Protokolle für VoIP

▪ Protokolle für die Übermittlung der Sprache: • RTP, RTCP

▪ Protokolle für die Übermittlung der Signalisierung, d. h. VoIP-Signalisierungsprotokolle:• H.323, SIP

▪ Protokolle für die Anbindung herkömmlicher TK-Systeme für die Sprachübermittlung an die IP-Netze; d. h. so genannte Media Gateway Control Protokolle: • MGCP, Megaco




Integration von IP und Telefonie durch H.323


• Optimiert für Daten-anwendungen

• Effiziente Nutzung der Bandbreite

IP-Netz

Daten

• Optimiert für Sprach-und Video-Anwendungen

• Isochrone Übertragung

Telefonienetz

SpracheVideo

H.323 verbindet dieseunterschiedliche „Welten”

H.323-Basiskomponenten


MultipointControl UnitH.323-Terminal H.323-Terminal

MCUGate-

keeper

VoIP-Gateway

ISDN B-ISDNTelefon-

netz

H.323-Zone

H.324H.320

H.321



TCP/IP und VoIP-Protokolle


TCP UDP

H.323-SIG SIP RTPRTCP

Audio / VideoSignalisierung

Internet Protocol


Session Initiation Protocol (SIP)

▪ RFC 2543 der IETF (Internet Engineering Task Force)

▪ Signalisierungsprotokoll für die Übermittlung von Audio und Video über IP-Netze

▪Mit H.323 vergleichbar, aber weniger komplex und einfacher zu implementieren

▪ Client/Server-Prinzip

▪Unterstützung der Mobilität von Benutzern




Beispiel für einen SIP-Verlauf


[email protected] [email protected]

INVITE [email protected]

VoIP - Verbindung

180 Ringing

200 OK

ACK [email protected]

BYE [email protected]

200 OK

Aktuelle Trends


IMT-2020 (5G) Promotion Group: 5G Visions and Requirements, White Paper, May 2014.http://euchina-ict.eu/wp-content/uploads/2015/03/IMT-20205GPG-WHITE-PAPER-ON-5G-VISION-AND-REQUIREMENTS_V1.0.pdf

http://euchina-ict.eu/wp-content/uploads/2015/03/IMT-20205GPG-WHITE-PAPER-ON-5G-VISION-AND-REQUIREMENTS_V1.0.pdf




Literatur

▪ COMER, D.E.: Computernetzwerke und Internets mit Internet-Anwendungen. 3. überarbeitete Auflage, München: Pearson Studium / Prentice Hall, 2002. ISBN 3-8273-7023-X.

▪ COMER, D.E.: TCP/IP – Konzepte, Protokolle und Architekturen. 4. Auflage, Bonn: mitp-Verlag, 2003. ISBN 3-8266-0995-6.

▪ KRÜGER, G. u. D. RESCHKE, Hrsg.: Lehr- und Übungsbuch Telematik – Netze, Dienste, Protokolle. 3. aktualisierte Auflage, München; Wien: Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag, 2004. ISBN 3-446-22862-4.

▪ PERLMAN, R.: Bridges, Routers, Switches und Internetworking Protocols. 2. Auflage, München: Addison Wesley, 2003. ISBN 3-8273-2093-3.

▪ SEITZ, J. ; DEBES, M. ; HEUBACH, M. ; TOSSE, R.: Digitale Sprach- und Datenkommunikation; Netze –Protokolle – Vermittlung. München, Wien : Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag, 2007. – ISBN 3-446-22979-5.

▪ STEVENS, W.R.: TCP/IP Illustrated, Bd. 1 – The Protocols. Boston; San Francisco; New York: Addison-Wesley, 1994. – ISBN 0-201-62246-9.

Kapitel 7 Das Internet -...

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