Kommunikationssysteme © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006 Kommunikationssysteme Kommunikation und...

Kommunikationssysteme © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006

Kommunikationssysteme

Kommunikation und NetzeJürgen Schüler


Inhaltsfolie 1

• Literatur• Kommunikation - Einführung• Prinzip der Datenübertragungssysteme• Technische Grundlagen der Kommunikation

– Datenstationen

– Datenübertragungsweg - physikalische Übertragungsmedien• Beurteilungskriterien für physikalische Übertragungsmedien• Übertragungsmedien im Vergleich• Beispielhafte Anwendungen der Übertragungsmedien

– Datenübertragungsverfahren• Übertragungsverfahren• Gleichlaufverfahren• Signalübertragungsverfahren• Darstellungsformen von Impulsen für die Datenübertragung• Betriebsarten


Inhaltsfolie (2)

• Rechnernetze– Netzwerktopologien

• Telekommunikationsnetze– Angebotene TK-Netze

– Faktoren der Grundpreise (G) und der Verbindungspreise (V)

– Vermittlungsverfahren

– Verfahren für die digitale Übertragung

– ISDN

– Digitale Übertragung auf Telefonkabeln mit xDSL

– Aufbau eines ADSL-Systems

• Protokolle und ihre Verwendung in Netzwerken– OSI-Referenzmodell für DÜ

• Transportnahe Standards– Netzzugangsschicht: Leitungsvermittelte analoge Telefonnetze

– Netzzugangsschicht: Paketvermittelte Datendienste

• Anwendungsnahe Standards• Schichteneinteilung bei ISO/OSI und TCP/IP


Inhaltsfolie (3)

– LAN-Techniken im Vergleich– Beurteilungskriterien für die Datenübertragung– Bewertungskriterien Rechnernetze

• TK-Dienste: Internet und Sicherheit– TK-Dienste: Internetdienste– TK-Dienste: Sicherheitsdienste

• Ausprägung von Unternehmensnetzwerken– Klassisches Terminalnetz– Anschlußformen entfernter Datenstationen– Netzverbund– Sprach- und Datenkommunikation mit TK-Anlagen– Klassische verteilte Verarbeitung– Alternativen der Aufgabenverteilung bei verteilter Verarbeitung– Prinzip des Client/ Server-Modells– Formen der Aufgabenverteilung im Client/Server-Modell– Alternativen der IV-technischen Verteilung– Zentral gesteuerter Client/Server-Betrieb


Literatur

• Stahlknecht, P.; Hasenkamp, U.: Einführung in die Wirtschaftsinformatik, 9. Aufl., Berlin 1999.

• Alpar, P. et al.: Anwendungsorientierte Wirtschaftsinformatik, 2. Aufl., Braunschweig 2000

• Hohmann, Peter: Datenverarbeitung für Betriebswirte. Köln, 1997• Hansen, H.R.: Wirtschaftsinformatik I, 9. Aufl., Stuttgart 2005.


Kommunikation - Einführung

• Kommunikation ist der Austausch von Informationen zwischen Sendern und Empfängern. Dazu gehört auch, dass Sender und Empfänger einander verstehen. Informationen (Bilder, Texte, Daten, Sound, Videos) werden für die Kommunikation digital umgesetzt. – Mensch-Mensch-Kommunikation

– Mensch-Maschine-Kommunikation

– Maschine-Maschine-Kommunikation

• Kommunikationssystem ist die Gesamtheit aller Sender-, Empfänger- und Übertragungseinrichtungen wie Datenstationen, Leitungen, Übertragungsverfahren und Protokolle, etc.)

• Nach der Form ausgetauschter Informationen wird unterschieden:– Sprachkommunikation

– Datenkommunikation

– Textkommunikation

– Bildkommunikation (Standbilder (Fax), langsame Bewegtbilder (WWW), Bewegtbilder (Videokonferenz)


Kommunikation - Einführung

• In der WI wird unterschieden zwischen– Individualkommunikation, d.h. die Kommunikation zwischen einer

beschränkten Anzahl von Partnern (Rechnerkommunikation in standortübergreifenden und standortspezifischen Netzen auf Basis von Vermittlungsnetzen) und der

– Massenkommunikation, d.h. die Kommunikation zwischen einer Quelle und einer unbegrenzten Anzahl von Empfängern, i.d.R. ohne Rückkanal zum Empfänger (Einwege-Kommunikation, bspw. Hörfunk, Fernsehen). Ausnahme: Breitband-Kabelnetze


Datenstation Datenstation

Kommunikations-einrichtung

Prinzip der Datenübertragungssysteme

Stahlknecht / Hasenkamp: Einführung in die Wirtschaftsinformatik, 9. Aufl.

• Datenübertragungswege • Datenübertragungsverfahren

Endein-richtungen


• Neben den Geräten, Leitungen und Verfahren werden– Schnittstellen für den Anschluß der Geräte an die Netze und

– Protokolle zur Verständigung zwischen den an der Kommunikation beteiligten benötigt.

• DIN 44331 definiert das Netz als die Gesamtheit der Leitungen, Vermittlungsstellen und Teilnehmereinrichtungen. – Standortübergreifend - unter Nutzung von Übertragungswegen von

staatlich lizenzierten Betreibern - und

– innerhalb desselben Standorts

• Netzwerkarchitektur: Gesamtheit der Netzstrukturen, Hardware-Komponenten, Übertragungswegen und Steuerungssoftware


Schnittstellen

• Schnittstellen sind Übergabestellen zwischen den Datenendeinrichtungen und den Übertragungswegen. Zu einer Schnittstelle gehören:

– die physikalischen Eigenschaften der Schnittstelle: mechanische und elektrische Eigenschaften

– die Bedeutung der an der Schnittstelle ausgetauschten Signale, wie etwa Aufbau von Befehlen und Meldungen und

– die gegenseitige Abhängigkeit der ausgetauschten Signale, wie die Richtung der Signale und die Reihenfolge der Bit

• Schnittstellennormierungen erfolgen durch die ISO, ANSI und DIN; auf internationaler Ebene die ITU-TSS (International Telecommunication Union - Telecommunication Standardization Sector)

– Serie V für das analoge Telefonnetz• V.24: Serielle Schnittestelle für die analoge Übertragung• V.32: DÜ für Modems (9.600 bit/s) u.a. V.90 für 56.000 Bit/s

– Serie X für die digitale Netze, bspw.• X.21: Schnittstelle zwishen DEE und DÜE für synchronen Betrieb in

Datennetzen• X.25: Schnittstelle zwischen DEE und DÜE für Paketvermittlung• X.31: Paketvermittlung über ISDN


Protokolle

• Zur Steuerung des Ablaufs der Datenübertragung werden Protokolle benötigt. Sie sind Vereinbarungen über den organisatorischen Ablauf jeder Übertragung.

• Der Ablauf jeder Übertragung besteht aus den Phasen– Verbindungsaufbau

– Aufforderung zur Übertragung

– Übertragung

– Beendigung der Übertragung

– Verbindungsauflösung

• OSI (Open System Interconnection) hat das Ziel, offene Kommunikationssysteme zu standardisieren. – ISO / OSI Referenzmodell

– ....


Technische Grundlagen der Kommunikation


Technische Grundlagen der Kommunikation

D aten s ta tion en D aten ü b ertrag u n g s -w eg

D aten ü b ertrag u n g s -verfah ren

D aten ü b ertrag u n g s -sys tem e


Datenstationen

Datenstation

DEE DÜE

Datenstation

DEE DÜE

ÜbertragungswegÜbertragungsverfahrenl

• Datenendeinrichtung (DEE):• Datenübertragungseinrichtung (DÜE): Die DÜE setzt die von der DEE

gesendeten Daten und Steuerinformationen entsprechend der vom Datenübertragungsweg geforderten Protokolle und Übertragungsverfahren zur Datenübertragung um. Sie besteht aus einem Signalumsetzer und einer Anschalteinheit.


Datenübertragungsweg - physikalische Übertragungsmedien

Kabel-Verbindung

PhysikalischeVerbindung

OptischeVerbindung

Funk-Verbindung

Kupfer-kabel

Glasfaser-kabel

TerrestrischerFunk

Satelliten-funk

Adern-paare

Koaxial-kabel

Zellular-funk Richtfunk

Infrarot-Verbindung

Laser-Verbindung



Übertragungsmedien im Vergleich

Bestandteile Übertragungs-geschwindig-keit

Max. Länge Vorteile Nachteile

Kuperkabel 4 verdr. Aderpaaremit untersch.vielen Windungenpro Meter

4 Mbps bis 100Mbps

Bis ca 100m;Verstärker bis5000merforderlich

leicht zu ver-legen, billig

FürKurzstreckenund geringeDatenvoluminageeignet

Koaxial-kabel

Kupferkabel mitIsolationsschichtund metall. Ab-schirmung sowieäusserem Mantel

10 Mbps bis800 Mbps

Bis zu 3000m; leicht zu ver-legen, einfacheAnschluß-technik, kosten-günstig,preiswert

Für Kurzstrec-ken u. geringeDatenvoluminageeignet.Anwendungs-bezogen

Glasfaser-kabel

Glasfaser ist innendünner Zylinderumgeben v. Glas-mantel. Bestand-teile habenunterschiedlicheLichtbrechung

100 Mbps biseinige Gigabit/s

Bis 30Kilometer

Hohe Ge-schwindigkeit,große Entfer-nungen ohneVerstärker, ab-hör- u. ablen-kungssicher

EmpfindlicheKabel, teureund aufwändigeVerlegungStörunempfind-lich

Richtfunk Elektromagne-tische Welle zurÜbertragung

Erdfunk: bis 4Mbps; Satellit:bis 2 Gbps

SchnelleÜberbrückungv. großenEntfernungen

Aufwändig,teuer


Beispielhafte Anwendungen der Übertragungsmedien

• Kupferkabel (werden heute nicht mehr verlegt)– traditionelle Verkabelung „Telefonleitungen“

– inhouse LAN-Verkabelung, die auch für die Datenübertragung genutzt wird.

• Koaxialkabel– typische Verkabelung in internen Netzen (Backbone (Thicknet-Koaxial))

– LAN, Kabelfernsehen

– verbreitet für die normale datenorientierte Client-Server-Anwendungen und Host-Terminalemulationen (interne Netze, ....)

• Glasfaserkabel– neue Verkabelung für hohe Geschwindigkeiten und hohe Datenvolumina,

(ablenkungssicher bspw. In Krankenhaus-Funktionsbereichen, Hochgeschwindigkeitsnetze im RZ-Betrieb)

– LAN, WAN, MAN (Metropolitan Area Network)

• Richtfunk


Beurteilungskriterien für physikalische Übertragungsmedien

• Übertragungsrate– Bit per sec (bps), Kilobit per sec (Kbps), Megabit per sec (Mbps), Gigabit

per sec (Gbps)

• Form der Signalübermittlung (digital, analog)

• durchschnittliche Bit-Fehlerwahrscheinlichkeit

• Maximale Länge, Reichweite

• Netzabdeckung

• Abschirmung

• Abhörsicherheit

• Störanfälligkeit

• Anzahl und Kosten für die Zwischenschaltung von weiteren Geräten

• Kosten für die Verlegung

• notwendige / vorhandene Übertragungsverfahren


Datenübertragungsverfahren


Übertragungs-verfahren

Zeichen-übertragungs-verfahren

Gleichlauf-verfahren

Signal-übertragungs-verfahren

Betriebsverfahren

bitseriellbitparallel

asynchronsynchron

analogdigital

simplexhalbduplexvollduplex

Übertragungsverfahren



Gleichlaufverfahren

• Asynchron:

Die Synchronisation zwischen Sender und Empfänger wird durch ein Übertragungssignal (Start-/Stopp) hergestellt (Start-Stopp-Transmission). „Start-einzeichen-stopp“-“start-einzeichen-stopp“

• Synchron:

Die Synchronisation zwischen Sender und Empfänger wird durch eine Taktinformation unabhängig von der Datenübertragung erreicht. „start-übertragungvonzeichen-stopp“


Modem

Umwandlungdigital analog

Analoges Übertragungsverfahren

Digitales Übertragungsverfahren

Analoge Quelle, z.B. Telefon

Analoge Quelle, z.B. Telefon

Digitale Quelle,z.B. PC

Digitale Quelle,z.B. PC

Übersetzung in analoge Signale

Übersetzung in analoge Signale

Übersetzung inelektrische Impulse

Übersetzung inelektrische Impulse

Umwandlung analog digital

Digitaler Kanal, z.B.ISDN

Analoger Kanal, z.B.Telefonnetz

Signalübertragungsverfahren

Stahlknecht/Hasenkamp: Einführung in die Wirtschaftsinformatik, 9. Aufl.


Betriebsarten

• Simplex: Übertragung nur in eine Richtung; bspw. Fernsehen

• Halbduplex: zu einem Zeitpunkt kann der Sender senden, zu einem anderen Zeitpunkt empfangen, z.B. Wechselsprechanlage, Fernschreiber, Amateurfunk

• Vollduplex: Sender und Empfänger können gleichzeitig senden und empfangen (Telefon)

Sender EmpfängerÜbertragungskanal

SenderEmpfänger

EmpfängerSender

Übertragungskanal

SenderEmpfänger

EmpfängerSender

Übertragungskanal


Telekommunikationsnetze

Standortübergreifende Netze unter Zuhilfenahme der Übertragungswege bspw. der Telekom


Telekommunikationsnetze

Te le fonF ax, Te lex

an a log

IS D N B -IS D N

d ig ita l

F es tn e tz

C -N e tz

an a log

D -N etz E -N e tz D aten fu n k S ate lliten fu n k

d ig ita l

F u n kn e tz

N etze fü r d ie Te lekom m u n ika tion

• TK-Netze unterscheiden sich durch:– die Form der Signalübertragung (digital / analog)

– die durchschnittliche Bit-Fehlerwahrscheinlichkeit

– unterschiedliche maximale Übertragungsraten

– die Vermittlungsart (Leitungs- oder Paketvermittlung)


Angebotene TK-Netze

Nutzung Vorteile Nachteile

Telefonnetz(analogesFestnetz)

Sprachübermittlung(Telefon)Text- und Datenübermittlg(Fax)Datenübertrag per Modem

Hohe Verfügbarkeit Sehr gute Abdeckung Automatisches Wählen mgl Kosten entspr. Verbin-

dungsdauer u. entfernung

Schlechte DÜ-Qualität Ü-Rate in Abh. vom

Modem Langsamer

VerbindungsaufbauStandlei-tung(digitalesFestnetz)

DÜ über permanenteDirektverbindung zw. 2Rechnern

Hohe DÜ-Qualität Ü-Rate zwischen 1200 bit/s

und 1,92 * 106 bit/s Gebühr abh. von Ü-

Geschwindkeit u. Distanz

Teuer 2 Geräte kommunzieren

miteinander

Paketver-mittelterDienst(Datex-P)(digitalesFestnetz)

Übertragung in Daten-paketen zwischen 2Rechnern;Keine permanentesondern fallw. Verbindg

Hohe DÜ-Qualität Ü-Rate zwischen 1200 bit/s

u. 64 bit/s Fallweise nutzbar

Kosten = Grundgebühr(Distanz,Übertragungsrate) plusVerkehrsgebühr

ISDN(digitalesFestnetz)

Integration der Kommuni-kationsdienste durch Digi-talisierung d.Telefonnetzes

sehr gute DÜ-Qualität schnell (>= 64Kbit) schneller

Verbindungsaufbau Verbreitung steigend Autom. Wählen möglich

Gebühr abh. v. Distanz,Tageszeit undVerbindungsdauer


Verbindungsdauer

Tageszeit

Wochentag

Entfernung

Übertragungsrate

Datenvolumen

Telefon-netz ISDN

Datex-P-Netz

Stand-leitungen

V

V

V

V

V

V

V

V

G

V

G

G

Faktoren der Grundpreise (G) und der Verbindungspreise (V)



Vermittlungsverfahren

• Leitungsvermittlung– Für die Kommunikation zwischen zwei Teilnehmern wird für die Dauer

dieser Kommunikation eine ausschließliche physikalische Verbindung bereitgestellt (Leistungsreservierung). Telefonnetz, Festleitungen zwischen Filialen und Zentrale

• Paketvermittlung– Zwischen den Teilnehmern besteht eine virtuelle Verbindung, d.h. es wird

keine physische Leitung reserviert. Dabei werden standardisierte Pakete mit Steuerinfos vom Sender an den Empfänger geschickt. Nach Ankunft beim Empfänger werden die Pakete quittiert „angekommen“ und ggf. neu sortiert.

– Datex-P (Pakete zu 1.024bit)


ISDN

• ISDN (Integrated Services Digital Network):– Universal- und Telefonnetz zur integrierten Übertragung von Sprache,

Daten, Bildern und Text

– Leitungsvermittlung

– digitales Netz

– Basisanschluß: 2 Nutzkanäle á 64 kbit/s und einen Signalisierungskanal (D-Kanal) mit 16 kbit/s. D.h. gesamte Übertragungsrate bis zu 144 kbit/s.

– Übertragungsrate ist 64 Kbit/s

– Standards und Protokolle sind in der I-Serie der ITU1-Empfehlungen zusammengestellt

• B-ISDN (Breitband Services Digital Network) ist ein Netz, das Sprach-, Daten-, Bild- und Video-Dienste im Megabit- und Gigabit-Bereich anbieten wird

1 International Telecommunication Union (http://www.itu.int)


Verfahren für die digitale Übertragung

• Basisband-Verfahren– Für ein zu sendendes Signal wird die gesamte Bandbreite, d.h. das

Frequenzspektrum eines Übertragungskanals genutzt.

• Breitband-Verfahren– mehrere Signale (entsprechend mehrere Kanäle) werden gleichzeitig

übertragen

– Signale werden auf unterschiedliche Trägerfrequenzen moduliert.

– nur auf digitalen Übertragungswegen

– Glasfaser und eingeschränkter Leistungsumfang auf Koaxialkabeln

Multimedia-Anwendungen verlangen die digitale Übertragung


Digitale Übertragung auf Telefonkabeln mit xDSL

• xDSL (Digital Subscriber Line)– ist ein Übertragungsverfahren auf einem analogen 2-Draht-Kupferkabel.

Erreichbare Übertragungsgeschwindigkeit bis zu 2 Mbit/s in 64 Kbit/s-Schritten.

– die max. Entfernung zwischen 2 Punkten ist 6 Kilometer.

– Auf beiden Seiten ist ein Megabit- bzw. DSL-Modem nötig.

– Es wird unterschieden in:• ADSL (Asymmetric DSL)• HDSL (High-Bit-Rate DSL)• RADSL (Rate Adaptive DSL) [ermittelt max. mgl. Übertragungsrate, QM]• SDSL (Symmetric High-Bit Rate DSL)• VDSL (Very High-Bit-Rate DSL)

– Verfahren, das preisgünstig implementierbar ist.

– Verbreitung des Einsatzes zunehmend.


Überblick über DSL Technologien

http://www.elektronik-kompendium.de


Netz

Teilnehmer

Telefonkabel(Hausanschluß)

max. 768 kBit/s

max. 8 MBit/s

Telefon

ADSL-Einheit

Aufbau eines ADSL-Systems



Protokolle und ihre Verwendung in Netzwerken


Protokolle

• Protokolle sind Vereinbarungen über die Vorgänge Verbindungsaufbau, Verbindungshalten, Datenübertragung und Beenden der Datenübertragung und Verbindungsabbruch.

• Beispiel für das Arbeiten eines Protokolls in einem Netzwerk– Herstellen der Verbindung mit dem Netzwerk „Ich will senden“

– Fertigmachen der Daten zur Einstellung ins Netzwerk

– Hinzufügen von Steuerungsinformationen zu den Datenblöcken „Datenpaket1-Sender-Empfänger“, „Datenpaket2-Sender-Empfänger“ usw.

– Hinzufügen von Zeitangaben und Informationen zur Fehlerkorrektur

– Übergabe der Daten an die Netzwerkverbindung und Senden der Daten

– Feststellen der fehlerfreien Datenübertragung

– Abbruch der Verbindung


OSI-Referenzmodell für DÜ

Anwendung

Darstellung

Kommunikation

Transport

Vermittlung

Sicherung

Bitübertragung

Anwendung

Darstellung

Kommunikation

Transport

Vermittlung

Sicherung

Bitübertragung

Computer 1 Computer 2B

ildun

g ei

nes

Dat

enpa

kets

Bildung eines D

atenpakets

Übertragung

Schicht 1

Schicht 2

Schicht 3

Schicht 4

Schicht 5

Schicht 6

Schicht 7


Osi-Schichtenmodell


OSI-7-Layer-Modell


OSI-Referenzmodell für DÜ

• Anwendungsschicht– Bereitstellen von Anwenderdiensten (Filetransfer, E-Mail, entfernte Auftrags-

erledigung, Netzzugang, Datenbankzugriffe)• Darstellungsschicht

– Art der Zeichendarstellung (EBDIC, ASCII, Grafikzeichen, Formate)– Konvertierung entsprechend Protokollvereinbarung

• Kommunikationsschicht (Sitzungsschicht)– Steuerung des Rechnerdialoges (Standardisierung, Betrieb und Abbau von

Verbindungen)– Prüfpunkteinbindung zur Kontrolle der fehlerfreien Übertragung

• Transportschicht– regelt die fehlerfreie Übertragung der Datenpakete in der richtigen Reihefolge,

ohne Duplikate• Vermittlungsschicht

– Routing der Datenpakete (Adressierung an Empfänger, Umsetzung der logischen Adressen etc.) im Netz

• Sicherungsschicht– Umgeben der Daten mit Datenrahmen (Empfänger-, Absenderadressen,

Nutzdatenpakete, Steuerungsdaten)– regelt die technisch fehlerfreie Übermittlung der Datenpakete

• Bitübertragungsschicht– Übertragung der einzelnen Bits über die physikalischen Medien


Transportnahe Standards• Transportschicht (Schicht 4): Transportprotokolle unterstützen die

Verbindungen zweier Anwendungsprozesse. Sie haben die Aufgabe, die Verbindung zwischen Endsystemen zu Teilnehmerverbindungen unter Einbeziehung aller Dienste der darüberliegenden Schichten zu erweitern, d.h. eine end-to-end-Verbindung herzustellen.

– Verbindungsorientierte Transportprotokolle, wenn eine logische Verbindung zwischen den Kommunikationspartner eingerichtet wird; dann hat das Netz die Aufgabe, für die Sequenz, Eindeutigkeit und Vollständigkeit der beförderten Daten zu sorgen.

– verbindungslose Transportprotokolle (ISO 8602), wenn auf der Netzschicht keine Beziehung zwischen zwei Paketen besteht, auch wenn sie vom selben Sender zum selben Empfänger geschickt werden.

• Netzzugangsschicht (Schichten 1-3): Netzzugangsprotokolle regeln die Nutzung von Verbindungen zwischen Systemen und beschreiben die Schnittstelle zwischen den Endeinrichtungen und den Netzzugangseinrichtungen. Differenzierung nach ISO:

– Leitungsvermittelte analoge Telefonnetze– Paketvermittelte Datennetze– Integrierte Sprach- und Datennetze– Lokale Netze


Netzzugangsschicht: Leitungsvermittelte analoge Telefonnetze

• Analoge Telefonnetze lassen sich nur begrenzt zur DÜ einsetzen. Die Übertragungsbandbreite ist auf 3,1 kHz begrenzt. Die Netzzugangseinrichtungen an beiden Endstellen werden durch Modems realisiert. Diese können Ü-Geschwindigkeiten von 300 Bit/s bis 56 Kbit/s realisieren.

• Die digitalen Signale der Endeinrichtungen werden durch das Sender-Modem in analoge Signale verwandelt und durch das Empfänger-Modem wieder in digitale Signale zurückverwandelt.


Netzzugangsschicht: Paketvermittelte Datendienste

• X.25 regelt den verbindungsorientierten Zugang zu paketvermittelten Datennetzen öffentlicher wie privater Netzbetreiber.– X.25 regelt den Verbindungsaufbau und -abbau, den Datentransfer

während der Verbindung. – X.25 stellt Protokolle für die Schichten 1 - 3 des ISO-Referenzmodells

bereit. Die Ü-Geschwindigkeit liegt zwischen 300 und 64.000 Bit /s.– Datex-P ist ein darauf basierendes Datennetz der Deutschen Telekom.

• Frame Relay– paketvermitteltes Übertragungsverfahren der Schichten 1 und 2 des ISO-

Referenzmodells– Die korrekte Zustellung der Datenpakete liegt damit bei den

Datenendgeräten. Damit besitzt Frame Relay einen geringeren Protokoll-Overhead und ermöglicht höhere Übertragungsraten.

• ATM (Asynchronous Transfer Modus)– paketvermitteltes Ü-Verfahren, das auf jedem digitalen

Übertragungsmedium betrieben werden kann. – Breitbandverfahren– Die Ü-Geschwindigkeit liegt zwischen 155 Mbit/s und 600 MBit /s


Mobiler Datenfunk

• Analoge Mobilfunkdienste: C-Netz von T-Mobil, verschiedene Bündelfunkdienste „chekker“

• Digitale Mobilfunkdienste – GSM: D1, D2

– DCS 1800: E1 (E-Plus), E2 (VIAG Interkom)

erlauben eine leitungsvermittelte Datenübertragung bis 9.600 bit/s. Dabei wird ein GSM-Kanal für die Dauer der Verbindung für den Datenstrom belegt. Die Abrechnung erfolgt i.d.R. nach Verbindungszeit.

– Die paketvermittelte Datenübertragung im GSM-Netz erfolgt unter GPRS „General Paket Radio Service" ist eine Erweiterung des GSM-Standards. Dabei überträgt GPRS die Daten-Pakete nur auf GSM-Kanälen, die gerade nicht für die Sprachkommunikation genutzt werden. Durch die automatische Kopplung von GSM-Kanälen ist in Zukunft die eine Übertragungskapazität von 53.000 bit/s möglich.


Mobiler Datenfunk 2

• Medacom: Reiner Datenfunkdienst (keine Sprachkommunikation) von T-Mobil, der an das Datex-P-Netz angeschlossen ist.

• UMTS (Universal Mobile Telephone System) – ab 2005

– breitbandige Übertragungsrate bis 2 Mbit/s über Mobiltelefon

– Multimediaanwendungen werden mobil verfügbar

– ÜBUNG:

– Welche Änderungen werden sich durch UMTS in der mobilen Nutzung ergeben? Wie werden sich die verfügbaren Endgeräte weiterentwickeln ?

– (s. z.B.: www.umts-webpage.de; www.d2mannesmann.de und www.t-d1.de; ....)


Anwendungsnahe Standards

• Anwendungsdienste der Schicht 7 des OSI-Referenzmodells sind unterscheidbar nach standardisierten und nicht-standardisierten (private, begrenzter Teilnehmerkreis) Anwendungsdiensten.

• Standardisierte sind allgemeingültig spezifiziert, ohne weitere Absprache nutzbar. Dies bedeutet, daß es übergeordnete Regeln und Verfahren für die Anwendungsdienste gibt, nach der weltweit die Endeinrichtungen verfahren.– öffentliche Standards

• Telefax• Videotex (BTX in D)

– private Standards• SMTP / Message Handling System X.400• Directory Services X.500• File Transfer, Access and Management (FTAM)• EDIFACT; HML/7• OSI Network Management• Distributed Transaction Processing (DTP)


• Videotex (öffentlicher Standard) – in D als Bildschirmtext (BTX) von der Telekom realisiert.– Unterstützt Anwendungen von Informationsanbietern– „Store and Forward“-Prinzip, keine direkte end-to-end-Kommunikation– Endgeräte arbeiten mit einem am Netz angeschlossenen Großrechner

zusammen

• MHS X.400 (Message Handling System)– MHS auf Basis von X.400 ist ein akzeptierter internationaler Standard für

den Nachrichtenaustausch für die Kommunikation zwischen Benutzern. – Der MHS-Dienst ist an das Prinzip der gelben Post angelehnt und

unterstützt die Handhabung von Nachrichten, den Austausch von Informationen und Mitteilungen.

– Weite Verbreitung in LANs und Basis von Bürokommunikationssoftware

• Directory Service X.500– Wie X.400 soll X.500 ein zentraler Dienst für MHSe sein. – Stellt Namen, Adressen, weitere Attribute zur Verfügung– „Telefonverzeichnis“


• File Transfer and Management (FTAM)– unterstützt Dateitransfer, -zugriff und -verwaltung zwischen heterogenen

Endsystemen

– differenzierter Zugriff auf Teilbereiche von Dateien mit komplexen Strukturen bei voll ausgebauten Systemen möglich

– Dateiverwaltung enthält Funktionen zum Erzeugen und Löschen von Dateien, Lesen und Ändern von Dateiattributen

– Dateitransfer erfolgt direkt zwischen 2 Endsystemen (i.G. zu X.400)

– leichter als X.400 in Anwendungen integrierbar


• EDIFACT (Electronic Data Interchange For Administration, Commerce and Transport)– Standard (ISO-Norm 9735) zur Strukturierung von Daten für den

kommerziellen Datenaustausch zwischen Unternehmen. Die Strukturierung von Daten ist so neutral und flexibel, dass sie von den beteiligten Unternehmen gemeinsam nutzbar gemacht werden muss.

– Daten können damit zwischen Anwendungen (Bestellungen, Lieferungen, Rechnungen..) direkt ausgetauscht werden.

– Unternehmenseigene Datenstruktur wird in EDIFACT-Standard umgewandelt, an Partner-Unternehmen gesendet und in die Anwendungen wieder eingelesen.

– Aufgrund der hohen Anzahl der beteiligten Anwendergruppen und Nachrichten wurden für einzelne Anwendergruppen Subsets gebildet, bspw.:

• CEFIC (Chemie)• EDIFICE (Computer und Elektronic)• HLM/7 (Gesundheitswesen)

– Basis für EDIFACT ist bspw. X.400 und FTAM oder das Internet


• ISO Network Management– ISO entwickelte ein Managementmodell für Netzwerkmanagement-

systeme sowie Managementdienste und -protokolle der Schicht 7 entwickelt. Ziel war gemeinsame Regeln und Protokolle für das Funktionieren von heterogenen Netzwerksystemen vorzugeben.

– Abgedeckte Bereiche:• Konfigurationsmanagement• Fehlermanagement• Sicherheitsmanagement• Leistungsmanagement• Abrechnungsmanagement

• Distributed Transaction Processing (DTP)– definiert die Mittel zur Steuerung von Datenbanktransaktionen, die

mehrere Datenbanksysteme einbeziehen.

– Einsatz in verteilten Datenbanksystemen wie Buchungssysteme für Fluglinien, Reiseveranstalter und Banken


TCP/IP-ProtokollfamilieSchicht Protokollbeispiele

Prozess/Applikation

Host to Host

Internet

Lokales NetzwerkoderNetzzugriff

Ethernet, Token Ring, FDDI

FTP SMTP HTTP

(File Transfer),(E-Mail), (World Wide Web)

Transmission Control Protocol

TCP

Internet ProtocolIP

7 Anwendungsschicht

6 Darstellungsschicht

5 Kommunikationssteuerungs-schicht

4 Transportschicht

3 Vermittlungsschicht

2 Sicherungsschicht

1 Physikalische Schicht

ISO/OSISchicht

Schichteneinteilung bei ISO/OSI und TCP/IP



TCP/IP-Protokollfamilie 1

• TCP/IP– 1978 vom amerik. Verteidigungsministerium als Standard für verteilte

Systeme eingeführt

– de facto Standard für Kommunikationsprotokolle durch Verwendung im Internet.

– IP (Internet Protocol) steuert den Datenaustausch zwischen zwei Rechnern auf Grundlage von verbindungslosem Datentransfer. Hier findet i.w. eine Umsetzung auf das darunterliegende Netzwerk statt. D.h. bspw. eine Anpassung der Nachrichtengröße

– UDP (User Datagram Protocol) ist ein verbindungsloses Protokoll zum Transfer von Nachrichtenpaketen im Internet

– Transport Communication Protocol (TCP) setzt die Pakete des IP wieder zusammen. TCP arbeitet verbindungsorientiert und macht aus den Paketen Byte-Ströme. Auf diese kann wie auf Dateien zugegriffen werden

IP

TCP UDP

FTP SMTP NNTP Telnet HTTP NFS DNS

Schicht 3

Schicht 4

Schicht 5

Schicht 6

Schicht 7


TCP/IP-Protokollfamilie 2

– Telnet ermöglicht es einem Benutzer / Anwendungsprogramm eine TCP-Verbindung zu einem Login-Server eines entfernten IKS herzustellen. Daten werden direkt vom Terminal zum entfernten Rechner geschickt. Umgekehrt leitet das entfernte IKS Ausgaben direkt zum Terminal des Benutzers

– File Transfer Protocol (FTP) ermöglicht das Kopieren von Dateien über das Netz. FTP enthält Steuerinformationen zur Zeichendarstellung, zur Einstellung der Dateistruktur und des Übertragungsmodus sowie Einstellungen für den Zugriffsschutz.

– Network File System (NFS) kann Dateien und Verzeichnisse über das Netz verteilt speichern. Für Benutzer / Anwendungssysteme sind die Dateien und Verzeichnisse transparent.

– Simple Mail Transfer Protocol (SMTP) stellt Empfangs- und Sendedienste von elektronischen Nachrichten zur Verfügung. Das zeichenorientierte Protokoll unterscheidet zwischen Kopf (Empfänger, Absender, Datum, Bezug..) und Rumpf (ASCII-Text).

– Network News Transport Protocol (NNTP) dient zum Zugriff auf Newsservern, die Beiträge zu Diskussionsgruppen speichern

– Domain Name System (DNS) wird für den Abgleich von logischen Namen von Servern im Internet zwischen Domain Name Servern (DNS) sowie zur Steuerung des Zugriffs von Clients auf den jeweiligen Name Server benutzt.


Mehrwertdienste

• Mehrwertdienste (VAS=Value Added Services) sind Dienstleistungen, die Netze (von lizenzierten Betreibern) benutzen und gegen Entgelt zur Verfügung gestellt werden. – Basisdienste (reine Datenübertragung)

– Anwendungsdienste • Speicherdienste• Verteildienste• Informationsdienste• Transaktionsdienste• Überwachungs-, Steuerungs- und Wartungsdienste• Verarbeitungsdienste

• Beispiele:– Telebox-400

– ePost

– Corporate Networks• Spezialform: Virtual Private Networks - Betreiber der VPN unterhält selbst

keine Übertragungswege


Online-Dienste

• Kommerziell betriebene Mehrwertdienste sowohl für die gewerbliche wie auch die private Nutzung.

• Beispiele:– T-Online

– CompuServe

– Americal Online

– Microsoft Network

– ...


Rechnernetze


LAN und WAN

• LAN (Local Area Network)– definiert als lokales Netzwerk in einem Gebäude oder Grundstück

– Eigenschaften: • hohe Übertragungsgeschwindigkeiten (10 Mbit/s bis 100Mbit/s)• niedrige Fehlerrate• geschlossener Zugang• kurze Reichweiten (einige 100m bis wenige km) bei Verwendung von

Kupferkabeln (Koaxial), bis zu 20km bei Glasfaserverwendung

– Serverbasierte Netzwerke / Peer-to-Peer-Netzwerke

• WAN (Wide Area Network)– definiert als Netzwerk, das auch öffentliche TK-Dienste zur Überbrückung

von öffentlichen Strecken nutzt

– für die öffentliche Verbindungsstrecke sind in der Regel besondere Verbindungsrechner / TK-Anschlüsse notwendig.


Vermaschte Struktur

Linienstruktur

Sternstruktur

Busstruktur

Ringstruktur

Baumstruktur

Netzwerktopologien



Netzwerktopologien

• Busnetz– alle Rechner sind an ein Buskabel/-system angeschlossen.– Die Rechner packen ihre Datenpakete auf den freien Bus, der zwischen den

Rechnern hin- und herfährt und seine Datenpakete beim Adressaten ablädt. Ist er wieder frei, kann er erneut beladen werden.

– Zugriffsverfahren CSMA / CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)

• Sternnetz– alle Rechner sind sternförmig mit dem Zentralrechner (Server) verbunden. Die

Signale werden vom Server an die angeschlossenen Computer übermittelt– Hubs dienen der Reduzierung des Kabelaufwandes sowie weiteren Diensten wie

Netzwerküberwachung, -diagnose und -korrektur– Novell Arcnet

• Ringnetz– alle Rechner sind über eine ringförmig verlaufende Leitung miteinander verbunden.

Die Daten durchlaufen den Ring in einer Richtung und passieren jeden Computer. – Token Ring Netz


LAN-Techniken im Vergleich

Topologie Sternstruktur Busstruktur Ringstruktur

Übertragungs-Medien

Zweidraht-Kupfer(Lichtwellenleiter)

Backbone oder Thinwire(Lichtwellenleiter)

Zweidraht-Kupfer(Lichtwellenleiter)

Verkabelungs-aufwand

Hoch Besonders niedrig niedrig

Topolog. bed.Betriebs-sicherung

Redundante Auslegungdes Sternknotens

Doppelte passiveBusauslegung

Doppelte Ausführung desRinges

Netzzugangs-protokolle

TDM/PCM CSMA / CD (Ethernet) CSMA / CD, Token-Ring,Slotted-Ring

LAN-Varianten Anwendungsorientierung;Nebenstellenanlage

Anwendungs- undInfrarotstrukturorientierung;Basisband, Breitband

Infrastrukturorientierung,Basisband


Beurteilungskriterien für die Datenübertragung

• Protokolle– entsprechend OSI-Standard

– entsprechend de facto TCP/IP-Standard

– Verbreitung und Kompatibilität der Protokolle (von welchen Rechnern werden die Protokolle verstanden)

• Datenübertragung– Übertragungssicherheit und -robustheit

– Fehleranfälligkeit bei der Datenübertragung (Übertragungsmedien, Protokolle, Übertragungsverfahren)

– Möglichkeiten der Fehlerlokalisierung und -beseitigung

– Übertragungsraten

– Kosten für die Datenübertragung (Investitionskosten, geschätzte Anzahl der Benutzer, Häufigkeit und Volumina der DÜ, Administrations-, Betrieb- und Wartungskosten)


Bewertungskriterien Rechnernetze

• Bereitgestellte Dienste / Anwendungen• Anzahl anschließbarer Endgeräte (Datenstationen, PCs, Drucker,...)• Server (Drucker-, Datenbank-, Internet-, Anwendungsserver)• Art des Rechnerverbundes: Kommunikations-, Lasten-, Daten-,

Betriebsmittelverbund• Entfernungen, notwendige Geräte (Router, Switches,..)• Übertragungsraten• Fehlerraten (Vertraulichkeit, Verfügbarkeit, Integrität)• Netzwerkmanagementwerkzeuge• Realisierungskosten (Installation, Inbetriebnahme, Administration,

Wartung, Schulungen)• bautechnische Randbedingungen• Koexistenzen mit bestehenden Lösungen


TK-Dienste: Internet und Sicherheit


TK-Dienste: Internetdienste

• Weltumspannender dezentraler Verbund von Rechnernetzen, die über Datenleitungen überwiegend permanent verbunden sind – Transkontinentalkabel, Satellitenverbindungen als Hauptverbindungswege

(backbones) der Kontinente– regionale und internationale Internetdienstleiste (Internet Service

Provider) sind an Knotenpunkten angebunden.– ISP stellen ihren Kunden Einwählknoten zur Verfügung– die lokalen Zugangspunkte (POP=Point of Presence) werden bei einigen

ISPs verwaltet– Transportprotokol TCP/IP als Basis– Internet-Dienste

• E-Mail• FTP (File Transfer Protocol)• Diskussionsforen, Online-Chat• WWW (World Wide Web) - hypertextbasierte Seiten• Suchhilfen • Echtzeit-Audio und -Video• .....


• HTTP (Hypertext Transport Protocol) als Protokoll zur Durchführung der Endgeräte - Server - Kommunikation. Seitenaufbau und -inhalte werden in einem einzigen HTTP-Paket auf den Client geladen.

• URL (Uniform Resource Locator) stellt ein einheitliches Adressierungsschema für die unterschiedlichen Objekte (bspw. Datei oder Internet-News) zur Verfügung.– Transferprotokoll

– Server, Pfadinformationen, Filename, ggf. Benutzer und Passwort

• Interaktive Programme werden bspw. mit Java entwickelt– Internet Banking

– Shopping Programme

– .....

• CGI (Common Gateway Interface) ist die Spezifikation der Schnittstelle zwischen Gateway-Programmen und WWW-Servern.

• Unternehmensinterne Anwendung dieser Technologie ist das Intranet


TK-Dienste: Sicherheitsdienste

• Sicherheitsdienste sind Programm(system)e, die Rechner, Speichermedien, Programme und Daten schützen sollen

• Die Sicherheit gewährleisten sollen bspw.– Zugangssicherung

– Zugriffskontrolle

– Firewalls

– Virenschutzsoftware

– Kryptologie

• Zugangssicherung– lediglich authorisierte Benutzer haben Zugriff (per Rechner) oder Zugang

(räumlich) auf die IKS.

– Gestufte Sicherungssysteme (Rechner, Netze, Anwendungssysteme, Funktionen innerhalb von Anwendungssystemen, Datenbanken, Daten innerhalb von Datenbanken)


TK-Dienste: Sicherheitsdienste

• Zugriffskontrolle– Identifikation durch Benutzernamen / Codekarten / biometrische

Verfahren

– Authentisierung durch Passwort / (PIN und TAN)

• Firewalls – Firewall überwacht und protokolliert Zugriffe aus dem externen Netz in

das unternehmensinterne Netz.

– Datenpakete werden bspw. nach ihrem Absender untersucht. Einem unerwünschten Zugriff wird der Zugriff auf die Ressourcen verweigert.

• Virenschutzsoftware (Viren und Würmer)– soll das IKS vor bereits erkannten Viren und Würmer (benutzen

Programme und Daten, um bei Eintritt bestimmter Ereignisse ausgelöst zu werden und ihre eigentliche Funktionalität zu entfalten) schützen, durch die Grundfunktionen

• Verhinderung der Infektion • Erkennung der Infektion (Virenscanner)• Beseitigung des Virus


ZentraleDV-Anlage LAN

Bastion Host

Internet-Zugang

KS

KS

PC

SPC

Screening Router

Firewall

KS = KommunikationsserverS = Server allgemein

Prinzip der Firewall



Kryptologie

• Kryptologie– kryptologische Verfahren werden eingesetzt, um sensible Daten

(Passwörter, Kreditkartennummer, etc.) bei der Übertragung über öffentliche Datennetze zu verschlüsseln.

– 4 Bestandteile• Klartext (Zeichen in Bits) • Chiffrierverfahren (komplexe Vorschriften zur Umformung)• Schlüssel (geheime Ziffernfolge)• Geheimtext (Kryptogramm)

– Ziel der Verschlüsselung ist es, den Klartext durch das Chiffrierverfahren derart umzuformen, dass es Außenstehenden nicht mehr möglich ist, ihn zu entschlüsseln. Damit der Empfänger die Nachricht wieder zur Orginalnachricht umformen kann, braucht der einen Schlüssel zur Dechiffrierung.

– Ein Kryptogramm kann nur der entschlüsseln, der den Schlüssel hat


Verschlüsselungsverfahren

• Symmetrische Verschlüsselung– Sender und Empfänger verwenden denselben Schlüssel; dieser muß

geheimbleiben

• Asymmetrische Verschlüsselung– Sender und Empfänger haben zum Ver- u. Entschlüsseln unterschiedliche

Schlüssel (Public (Schlüssel 1) and private key (Schlüssel 2))

Chiffrier-verfahren

Klartext

Dechiffrier-verfahren

Klartext

Krypto-gramm

Schlüssel 1 Schlüssel 1

Chiffrier-verfahren

Klartext

Dechiffrier-verfahren

Klartext

Krypto-gramm

Schlüssel 1 Schlüssel 2


Ausprägung von Unternehmensnetzwerken


Übertragungswege

Kommunikations-rechner (Vorrechner)

ZentraleDV-Anlage

Kanal-verbindung

Terminal-Controller

PC

Terminal

Terminal

Terminal

Terminal

Klassisches Terminalnetz

Typische Anwender (zentrale und dezentrale Anwendungen mit Datenübertragung)• Firmen-Rechenzentren

• Krankenkassen• Versicherungen • Banken• Verwaltungen•...

• Service-Rechenzentren



ZentraleDV-Anlage

ZentraleDV-Anlage Vorrechner

Station A

Station B

Station C

Station A2

Station B1

Station B2

Station C2

Station C3

Station A1

Station C1

Vorrechner

Punkt-zu-Punkt - Verbindungen

Mehrpunkt - Verbindungen

Anschlussformen entfernter Datenstationen



ZentraleDV-Anlage

Terminal-SteuereinheitVorrechner

RK R

R

R

KK

R

R

KLAN 1(Ring)

Kopplungs-einheit

T

T

T

LAN 2(Bus)

Öffentliches Netz

Öffentliches Netz

Öffentliches Netz

R = Rechner, K = Kommunikationsserver, T = Terminal

Netzverbund

LAN LAN WAN

LAN



ZentraleDV-Anlage

R1

T T T T T TPC PC

Vorrechner

R2 TC

Ebene 1: HauptverwaltungZentraler Rechner

Ebene 2: FilialenDezentrale Rechnerbzw. Controller

Datenstationen

Klassische verteilte Verarbeitung



DezentralePräsentation

VerteilteVerarbeitung

DezentraleVerarbeitung

VerteilteDatenhaltung

Zentralbzw.Server

Dezentralbzw.Client

Netz

Datenhaltung

Präsentation

Verarbeitung

Netz

Netz

Netz

Datenhaltung

Verarbeitung

Verarbeitung

Präsentation Präsentation

Datenhaltung

Verarbeitung

Präsentation

Verarbeitung

Datenhaltung

Datenhaltung

Alternativen der Aufgabenverteilung bei verteilter Verarbeitung



Kommunikations -server

EntfernterServer

Daten -server Client

Druck -server

ClientClient

ÖffentlichesNetz

Lokales Netz

Prinzip des Client/ Server-Modells



S

C

S

C1 C2

S1 S2

C

S1 S2

C1 C2

Server

Client

Formen der Aufgabenverteilung im Client/Server-Modell



A b b . 8 .1 : A ltern a tiven d e r IV -te ch n isch en Verte ilu n g

Zentra lrechner (M ainfram e)

(1A ) (1B )

(2A ) (2B )

Abte ilungsrechner (2A)F ilia lrechner (2B)

(3A ) (3B )

S

T T

T

T T PC

PC

PC

PC PC

PC

PC

LAN

S = S erverT = Term inal


Alternativen der IV-technischen Verteilung


NS

PC

PC

PC

PC

PC

NS

PC

PC

PC

PC

PC

ZS

ZS ZS

ZS= ZentralserverNS= Niederlassungs- Server

ZentralesRechenzentrum


Zentral gesteuerter Client/Server-Betrieb

Kommunikationssysteme © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006 Kommunikationssysteme Kommunikation und...

Documents

Transcript of Kommunikationssysteme © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006 Kommunikationssysteme Kommunikation und...