Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Systeme II1 Systeme II – erste Vorlesung Lehrstuhl für...

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Lehrstuhl für Kommunikationssysteme - Syst eme II 1 Systeme II – erste Vorlesung Lehrstuhl für Kommunikationssysteme Institut für Informatik / Technische Fakultät Universität Freiburg 2009
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  • Systeme II erste VorlesungLehrstuhl fr KommunikationssystemeInstitut fr Informatik / Technische Fakultt Universitt Freiburg2009

    Lehrstuhl fr Kommunikationssysteme - Systeme II

  • Vorlesung Systeme 1Lehrstuhl fr Kommunikationssysteme

    Prof. Gerhard [email protected]

    Assistenten:Dirk von Suchodoletz Klaus Rechert

    Web:http://www.ks.uni-freiburg.de

    Informationen zur Vorlesung:http://www.ks.uni-freiburg.de/php_veranstaltungsdetail.php?id=28

  • Vorlesung Systeme 1 Organisatorisches Vorlesung (wchentlich)Montag und Mittwoch 14 16 Uhr (c.t.)Start: 20. April 2009 (heute)Hrsaal 026 im Gebude 101 (Flugplatz)Klausur: 08.09.2009, 10.00 Uhr, angesetzt auf 90 Minuten in den Hrslen 026, 036, 010/14Anmeldung fr Klausur erforderlich (via Prfungssystem)

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  • Vorlesung Systeme 1 Organisatorisches bung (ergnzend)Vorlesung teilweise ersetzt durch Doppelbung, siehe Vorlesungsplan onlineStart: 29. April 2009 (nchste Woche, Mittwoch)bungsrume -100/-101, Keller Rechenzentrum (Institutsviertel, H.-Herder-Str. 10, Nhe Mensa, JVA)~ 1 bungszettel (theoretisch/praktisch) pro Woche

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  • bung (ergnzend)Teilnahme an bungen nicht verpflichtend (kein Eingangs- kriterium zur Klausurzulassung)Korrektur durch TutorenZentraler Termin zur Zettelrckgabe/Prsentation der Ergebnisse je nach Bedarf (siehe Ankndigungen) direkt nach Vorlesung oder bungBonussystem: Teilnahme ab 70% Gesamtpunktzahl (entspricht Klausurpunkte von 1/3 Note Verbesserung) bis 90% Gesamtpunktzahl (2/3 Note Verbesserung)Vorlesung Systeme 1 Organisatorisches

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  • MedienPDF-FolienstzeTeilweise/basierend auf Systeme II von Prof. SchindelhauerSiehe auch dessen Vorlesung von SS2008Lecturnity-Aufzeichnung (so sie gelingen)LiteraturhinweiseFolgen gleich und auf der Web-Site zur VorlesungMailingliste (bei Bedarf / wird noch eingerichtet)Fr allgemeine Ankndigungen/Fragen&AntwortenbungszettelAuf der angegebenen Web-Site (Download-Bereich)

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  • InhalteEinfhrungLiteratur, BeispieleReferenzmodelleIP als zentrales BindegliedAufbau dann lose dem Hauptwerk Kurose&Ross folgend

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  • InhalteAnwendungsschicht (Application Layer)Transportschicht (Transport Layer)Vermittlungsschicht (Network Layer)Sicherungsschicht (Data Link Layer)Mediumzugriffs-Steuerung (Medium Access Control Sub-Layer - MAC)Bitbertragungsschicht (Physical Layer)Sicherheit in NetzwerkenAusblick

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  • Veranstaltungen im Bereich Netzwerke

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  • Motivation

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  • Internet 2007www.internetworldstats.comSysteme IISommer 2008

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  • Internet Wachstum von 2000-2007

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  • Internet DatenmengenMonatlicher Datenverkehr weltweitMinnesota Internet Traffic Studies:3000-5000 PB1 PetaByte = 1015 bytesMonatlicher Datenverkehr pro KopfEuropa: 2,3 GBJapan 2,6 GBUSA: 3 GBHongkong, Sdkorea: 17 GBJhrliche WachstumsrateWeltweit: 50-60%

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  • Literatur IDas primre Buch zur Vorlesung:Vorlesung folgt grob diesem AnsatzPflichtlektre (primre Angaben auf zu lesende Kapitel)Computer Networking - A Top-Down Approach Featuring the Internet, James F. Kurose, Keith W. Ross, Prentice Hall, Fourth EditionMehrfach in der TF-Bibliothek/UB vorhanden

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  • Literatur IIAlternativlektre zur VorlesungComputer Networks, Andrew S. Tanenbaum (Prentice Hall)Auch in Deutsch: ComputernetzwerkeLange Zeit der Standard

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  • Literatur IIIZur VertiefungKlassiker: TCP/IP Illustrated, Volume - The Protocols, W. Richard Stevens, Addison-WesleyDaneben inzwischen etliche weitere Bcher ...

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  • Literatur IVWeiteres (Standard)Buch: Data and computer CommunicationsWilliam StallingsPearsons, Prentice-Hall, 2007In TF-Bibliothek vorhanden

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  • Literatur VWeiteres Buch (lter):Fred Halsal, Data Communications, Computer Networks and Open Systems, Addison-Wesley, 1995 Systeme IISommer 2008Rechnernetze und TelematikAlbert-Ludwigs-Universitt FreiburgChristian Schindelhauer

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  • Das Internet... ist das weltweite, offene WAN (wide area network) ... ist nicht das World Wide Web (WWW)... ist systemunabhngig (zentrale Idee)Verbindet LANs (local area networks)Keine zentrale KontrolleKonzepte von Robert Kahn (DARPA 1972)Jedes (lokale) Netzwerk ist autonomarbeitet fr sich muss nicht gesondert konfiguriert werden fr das WAN

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  • Netzwerk offen fr alle ArchitekturenKommunikation nach best effortschafft es ein Paket nicht zum Ziel, wird es gelschtes wird von der Anwendung wohl wieder verschickt werdenBlack Box Ansatz fr VerbindungenBlack Boxes spter umgetauft in Gateways und RoutersPaketinformation werden nicht aufbewahrtkeine FlukontrolleKeine globale KontrolleDas sind die Grundprinzipen des Internet

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  • Struktur-VergleichHierarchisches Telefon-NetzwerkStruktur des Internets

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  • Geschichte des Internets1961: Packet Switching Theory Leonard Kleinrock, MIT, Information Flow in Communication Nets1962: Konzept des Galactic NetworkJ.C.R. Licklider and W. Clark, MIT, On-Line Man Computer Communication1965: Erster Vorlufer des InternetAnaloge Modem-Verbindung zwischen zwei Rechnern in den USA1967: Konzept des ARPANETEntwurfspapier von Larry Roberts 1969: Erster Knoten im ARPANETan der UCLA (Los Angeles)Ende 1969: vier Rechner verbundenOriginaldiagramme des Ur-Internets

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  • ARPANETWachstum ARPANET (a) Dezember 1969. (b) Juli 1970.(c) Mrz 1971. (d) April 1972. (e) September 1972.

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  • ARPANETZahl vernetzter Rechner (Internet):1980: 14 (NSF-Net, USA)1984: 1.0001988: 60.0001990: 300.0001991: 700.0001992: Millionengrenze1997: 20 Millionen

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  • NSFNET 1988

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  • Architektur des Internet

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  • Das BelWue(Landes-netz)

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  • Das Deutsche Forschungs-netz (~ 2001)

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  • Internet 2000 - Autonome SystemeQuelle:netdimes.org

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  • Das Internet 2006Autonome SystemeSysteme IISommer 2008Rechnernetze und TelematikAlbert-Ludwigs-Universitt FreiburgChristian Schindelhauer*Quelle:netdimes.org

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  • Das Internet 2006IP Routersnetdimes.orgIm Netzwerkbereich typischerweise SchichtenmodelleKomplexe Kommunikationsrealitt wird in berschaubare Teile aufgegliedertSchichten als Gesamheit sind einfacher zu betrachtenKonzentration auf jeweilige AufgabenNetzwerkmodelle / Formalisierung

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  • Das Internet 2006IP Routersnetdimes.orgIdee/Merkmale im SchichtenmodellBeide Kommunikationspartner je gleich hoch auf einem SchichtenstapelInhaltliche Kommunikation auf der gleichen Schicht stattJeweils durch geeignete Protokolle gesteuert Protokollstapel (protocol stack)Physische Kommunikation in der Vertikalen statt, dabei an bertragungsmedium gebunden: elektrische Signale, Funk- und LichtwellenNetzwerkmodelle

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  • Das Internet 2006IP Routersnetdimes.orgJede Schicht bietet ber wohl definierte Schnittstellen nach oben Dienste an und jede Schicht beansprucht von unten DiensteJede Schicht versteckt die Komplexitt der unteren Schichten fr die darber liegendenJede Schicht ist fr die darber liegende eine virtuelle KommunikationsmaschineKommunikation nach unten: jede Schicht hat die Aufgabe ein Bndel binrer Signale von oben in Empfang zu nehmenDem Bndel werden einige Daten angebunden oder eingewickelt (Kapselung) und dann nach unten gesendetNach oben: ein empfangenes Bndel wird ausgepackt und nach oben gesendetNetzwerkmodelle

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  • Das Internet 2006IP Routersnetdimes.orgBegriffe fr die Datenbndel: Pakete (packets), Datengramme (datagrams), Zellen (cells)Ein Bndel kann von Daten eingehllt werden: Rahmen (frames) mit Kopfteil (header) und Schwanzteil (trailer)Das Schichtenmodell stammt von der ISO/OSI von 1977Ziele der sieben-schichtigen Kommunikations-ArchitekturAblsung/Integration der herstellerabhgigen ProtokollstapelKommunikation in heterogenen UmgebungenSpezifizierung einer offenen, herstellerneutralen und kon-kurrenzfreundlichen KommunikationsweltOSI-Modell legt keine detaillierte Netzwerkarchitektur fest sondern sellt einen Rahmenstandard darNetzwerkmodelle

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  • Das Internet 2006IP Routersnetdimes.orgSchichten 5 bis 7 regeln die Anwendung der Daten finden blicherweise innerhalb einer Anwendung statt

    Schichten 1 bis 4 regeln das Transportswesen(Implementation in der Netzwerkhardware oder im Betriebsystem)

    ISO/OSI Modell

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  • Das ISO/OSI Referenzmodell7. Anwendung (Application)Datenbertragung, E-Mail, Terminal, Remote login6. Darstellung (Presentation)Systemabhngige Darstellung der Daten (EBCDIC/ASCII)5. Sitzung (Session)Aufbau, Ende, Wiederaufsetzpunkte4. Transport (Transport)Segmentierung, Stauvermeidung3. Vermittlung (Network)Routing2. Sicherung (Data Link)Prfsummen, FlusskontrolleBitbertragung (Physical)Mechanische, elektrische Hilfsmittel

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  • ISO/OSI Schicht 77. AnwendungsschichtGroe Vielfalt aller mglichen Funktionen, z.B.Virtuelle TerminalsFiletransfer (FTP), HTTPE-mail (SMTP)VideoRadioSpiele ...Anwendungen verfgen ber eine Programmierschnittstelle, um sie plattformspezifischen der Anwendungsprogrammierung zugnglich zu machen

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  • ISO/OSI Schicht 66. PrsentationsschichtAnpassung von Kodierungen, z.B. Zeichenstze, Namen, Addressfelder, Formulare, etc.Daten erhalten eine universelle FormGemeinsame Sprache damit die bertragbarkeit zwischen unterschiedlichen Plattform mglich ist: ASCII oder Unicode, Kodierung negativer Ganzzahlen als Einer- oder Zweierkomplement, ...bernimt auch Datenkompression, Ver- und EntschlsselungAuf dieser Schicht (sowie 7) arbeiten die Betriebssysteme

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  • ISO/OSI - Schicht 55. SitzungsschichtFestlegung der Sitzungsart, z.B.Dateitransfer, Einloggen in ein entferntes SystemDialogkontrolleFalls Kommunikation immer nur abwechselnd in einer Richtung geht, regelt die Richtung die SitzungsschichtToken ManagementFalls Operationen nicht zur gleichen Zeit auf beiden Seiten der Verbindungen mglich sind, verhindert dies die SitzungsschichtSynchronisationCheckpoints zur Wiederaufnahme abgebrochener Operationen nach Ausfall (z.B. Filetransfer)

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  • ISO/OSI - Schicht 44. TransportschichtUnterteilung der Daten aus der Sitzungsschicht in kleinere Einheiten (Pakete)In der Regel Erstellung einer Transportverbindung fr jede anfallende VerbindungMglicherweise auch mehrere Transportverbindungen zur Durchsatzoptimierung Art der Verbindungfehlerfrei, logische Punkt-zu-Punkt (z.B. TCP)fehlerbehaftet, Unidirektional (z.B. UDP)Multicasting (einer an viele)Broadcasting (einer an alle)Multiplexing: Zu welcher Verbindung gehrt dieses PaketFlusskontrolle: Wieviele Pakete knnen/sollen versendet werden (ohne das Netzwerk zu berfordern)

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  • ISO/OSI - Schicht 33. VermittlungsschichtPacketweiterleitung (packet forwarding)Routenermittlung/Wegewahl der Pakete (route detection)Kontrolle von Flaschenhlsen (bottleneck) in der WegewahlAbrechnung der Pakete (Abrechnungssystem)

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  • ISO/OSI - Schicht 22. Sicherung (Data Link Layer)Bereinigung von bertragungsfehlerDaten werden in Frames unterteilt mit Kontrollinformation (z.B. Checksum)Besttigungsframes werden zurckgesendetLschen von DuplikatenAusgleich schneller Sender - langsamer Empfnger (Flusssteuerung)Lsung von Problemen beim BroadcastingZugriff auf gemeinsames Medium = Mediumzugriff (medium access control = MAC)

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  • ISO/OSI - Schicht 1Bitbertragung (Physical)bertragung der reinen BitsTechnologie (elektronisch/Licht)Physikalischen Details (Wellenlnge, Modulation)Nur hier Teinehmer eigentlich gekoppeltTransport ist ungesichertDaten knnen unterwegs auch vom analogen in ein digitales Format umgewandelt, vom eletrischen Leiter in den optischen bertragen werden

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  • ISO/OSI - Zusammenfassung

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  • OSI versus TCP/IPTanenbaum

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  • TCP/IP-Schichtenmodell1. Host-to-Networknicht spezifiziert, hngt vom LAN ab, z.B. Ethernet, WLAN 802.11b, PPP, DSL2. Vermittlungsschicht (IP - Internet Protokoll)Spezielles Paketformat und ProtokollPaketweiterleitungRoutenermittlung3. TransportschichtTCP (Transport Control Protocol)zuverlssiger bidirektionaler Byte-Strom-bertragungsdienstFragmentierung, Flusskontrolle, MultiplexingUDP (User Datagram Protocol)Paketbergabe an IPunzuverlssig, keine Flusskontrolle4. Anwendungsschichtzahlreiche Dienste wie TELNET, FTP, SMTP, HTTP, NNTP (fr DNS), ...

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  • Das Internet 2006IP Routersnetdimes.orgSchichtung des Internets - TCP/IP-Layer

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  • Das Internet 2006IP Routersnetdimes.orgNchste Vorlesung am Mittwoch an diesem Ort, gleiche Zeit: Einfhrung IP (Vermittlungsschicht)Alle relevanten Informationen auf der Webseite zur Vorlesung: http://www.ks.uni-freiburg.de/php_veranstaltungsdetail.php?id=28Zu lesen: Einfhrungskapitel der angegebenen Literatur!Ende erste Vorlesung

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    POP: point of presence (access point to the Internet)NAP: network access point (public network exchange facility wher ISP can connect with each other)