Klausurfragen

Einführung

Definition S1 - Rechnernetze

Ein Verteiltes System miteinander verbundener unabhängiger Computer, welch autonom oder im Verbund an der Lösung einer Aufgabe arbeiten. Der Informationsaustausch erfolgt über Kommunikationssysteme.

Definition Verteilte Systeme

• Zusammenschluss unabhängiger Computer, die sich als einziges System präsentieren (für den Nutzer)
• Verteiltes IT-System umfasst alle Teilsysteme die im Rahmen einer bestimmten Architektur miteinander gekoppelt sind

Netzwerk-Topologien

Kommunikationstheorie

Direkte

• Sender und Empfänger sind eindeutig
• Übertragungsart ist eindeutig
• Nur lokal einsetzbar

Indirekte

• Nachrichten laufen über Zwischenstelle

• muss adressiert sein

• verschiedene Kanäle möglich

• Sender und Empfänger benötigen

  • Name
  • MAC-Adresse
  • IP-Adresse

Netzwerkarchitekturen

Warum ist der Einsatz von S1 - Rechnernetzen in unserer modernen Gesellschaft essentiell

• Teilen von Rechenleistung
• Zentrale Datenspeicherung
• Sparen von Kosten
• Informationsaustausch
  • nicht alle Informationen lokal vorhanden
  • Informationen können von überall abgerufen werden
• Vereinfachung der Kommunikation
  • Synchrone / Asynchrone Kommunikation
  • Web-Blogs

Unterschiedliche Netzwerkdimensionen

• Bestimmte Netzwerktechniken unterliegen Beschränkungen
  • Begrenzung von Ausdehnung und Reichweite
    • PAN (Personal Area Network): bsp. Bluetooth
    • LAN (Local Area Network): bsp. Ethernet
    • WAN (Wide Area Network): bsp. öffentliches Netz, ISDN
    • GAN (Global Area Network): bsp. Internet

Schichtenmodell

DoD, TCP/IP ISO OSI Modelle

DoD-Schichtenmodell

• ende 1960 vom Department of Defense USA
• vereinfachte Variante des OSI-Models

TCP / IP

• TCP: Transmission Control Protocol
• IP: Internet Protocol

ISO OSI-Modell

• Open Systems Interconnection
• Ziel: Host to Host Kommunikation in S1 - Rechnernetzen
• Aufteilung in 7 Schichten
  • jede Schichte eine Aufgabe
  • Schichten unabhängig voneinander
  • Kommunizieren untereinander

Zentrale Funktion und Zusammenhang der Modelle

Bitübertragungsschicht

• Unterste Schicht des Modells
• Definiert Übertragung der Signale
  • Medium
  • Übertragungsverfahren
  • Stecker, Kabel, Widerstände

Hauptaufgabe

ist der Auf und Abbau physikalischer Verbindungen

Komponenten

• Medium
• Übertragungsverfahren
• Übertragungsrate
• Übertragungsgeschwindigkeit

Kollisionen verhindern

Multiplexing - Space-Division

• nur Punkt zu Punkt Verbindungen zwischen den Teilnehmern
• verhinder das mehrere Sender das gleiche Medium nutzen
• Bsp. Stern-Topographie

Multiplexing - Frequency-Division

• das gleiche Medium von mehreren Sendern genutzt
• Sender nutzen unterschiedliche Wellenlängen/Frequenzen
• Empfänger muss Frequenzbereich kennen

Multiplexing - Time-Division

• Sender bekommen Zeitscheiben zugeteilt
• Verteilung muss bei allen Sendern und Empfängern bekannt sein

Kollsion - CSMA/CD

Signalübertragung

• Encoder des Sender erzeugt Bits und sendet diese über das Medium
• Decoder empfängt Bits
• Wichtige Parameter der Übertragung
  • Darstellung von Informationen 0/1
  • Takt der Übertragung von Bits

Sicherrungsschicht

• Struktur schaffen für Daten
• logische Bits als Frame aufbereitet
• MAC-Adresse als eindeutige Adresse jeder Netzwerkkarte
• CSMA/CD und Token Passing
• Fehlererkennung

Framing

• Point-to-Point Protocol: zum Verbindungsaufbau
• Flags: Kennzeichnung eines Frameanfangs
• Felder Adderss, Control und Protocol: Data Link Header
• FCS Frame Check Sequence: Entdeckung der Übertragungsfehler

• Maximalgröße für einen Frame: Maximum Transmission Unit
• Wenn Teilnetze unterschiedliche MTUs haben
  • Kommunikation nicht möglich!
• Gängige MTU-Größe: 1500 Byte

CSMA/CD

• CS: Carrier Sense

• MA: Multiple Access

• CD: Collision Detection

• wird bei Ethernet verwendet

• wenn Daten versendet werden sollen

  • muss erst Medium “abgehorcht” werden

• Mehrere Stationen können nicht gleichzeitig senden

Token-Passing

• verwendet von Token-Ring und FDDI

  • beides fast komplett ausgestorben

• Prinzip

  • Ein Token kreist im Netzwerk herum
  • Sender muss Token besitzen bevor er senden darf
  • Datenframe wird an Token angehängt und gesendet
  • Sender greifen abwechselnd drauf zu

Fehlererkennung

• Zyklische Redundanzüberprüfung
  • Binäre Division durch ein Generatorpolynom der Länge r
• r-1 0-Bits werden an die Nutzdaten für Division angehangen
  • Rest ist die Prüfsumme, steht am ende des Ethernet Frames
• Beispiel: Generatorpolynom: 110101, Nutzdaten: 11011

Vermittlungsschicht

• Bereitstellen einer logischen Adressstruktur und das Routing

• flache und hierarchische Adressierung

• IP, Netz und Broadcastadresse sind eindeutig

• Adresszuordnung statisch oder dynamisch

• Adressraum von IPv4 ist aufgebraucht, daher IPv6

• Router erforderlich wenn Teilnetze miteinander kommunizieren

• Routingalgorithmen

  • Distanzvektoralgorithmus

Distanzvektoralgorithmus

Transportschicht

• Bindeglied zwischen Transport und Anwendungsschichten
• Daten in Segmente zu zerlegen, an Vermittlungsshicht geben, sicherstellen das Daten sicher ankommen
• Sockets
• Datagram Protocol udn Transmission Control Protocol
• NAT, Sammelbegriff bei Änderungen von Adressen im IP Header von IP Paketen

UDP - User Datagram Protocol

• Übertragungseinheit auf Schicht 4 sind Segmente
• Datenübertragung
• Transaktionsorientiert
  • einfache Anfrage
  • einfache Antwort über Netzwerk
  • Bsp.: Zeitabfragen (NTP), Namensauflösung (DNS)
• Einfach
  • Header hat nur Quell und Ziel Port, Länge und Prüfsumme
• Verbindungslos
  • geeignet für große Anzahl von Clients
  • Bsp.: IP-Fernsehen, Broadcasts
• Keine Wiederholungen von verlorenen Paketen
  • geeignet für Echtzeit Anwendungen
  • Bsp.: VoIP, Spiele, Streaming
• schnell
• Nachteile
  • Sende-Reihenfolge und Empfangs-Reihenfolge können unterschiedlich sein
  • verlorene Pakete nicht wiederholt
  • Sender keine hat keine Bestätigung ob Paket angekommen ist

TCP - Transmission Control Protocol

• Zuverlässige Übertragung von Daten

• Bestätigung von Datenempfang

• Wiederholung von verlorenen Paketen

• vergibt Sequenznummer um verlorene Pakete zu bemerken

• nummerieren den unstrukturierten aber geordneten Datenstrom

• Verbindungsorientiert

• Geordnete Datenreihenfolge

• Bestätigung von empfangenen Daten

• Wiederholung verlorener Pakete

• Fehlererkennung

• Flusskontrolle

  • Empfänger informiert Sende ob Daten gesendet werden sollen, Schiebefenster

• Beispiel

  • Länge des Datenstroms: 5 Bytes
  • Maximale Segmentgröße (Max Segment Size): 1460 Byte
  • MSS = MTU - 40 Bytes für IPv4 und Header
  • wobei MTU (Maximum Transfer Unit = Max IP-Paketgröße) bei Ethernet 1500 Bytes, DSL 1492 Bytes

• Anhand Sequenznummer kann Empfänger
  • Reihenfolge korrigieren
  • doppelte Segmente aussortieren
• Länge eines Segments ist aus IP-Header bekannt
  • für die Entdeckung von Lücken und neuen Anfordern von Segmenten
• Bei Öffnung von Verbindung (Dreiwege-Handshake)
  • Partner tauschen Kontrollinformationen aus
  • garantiert das Partner existiert und Daten annimmt

Sitzungsschicht

• Kommunikationswünsche der Komponenten in Sessions zu verwalten
• jede Sitzung ist eindeutig
• Unterteilt in Connection-Oriented Mode und Connectionless Mode
• Token verwenden um Kommunikation zu steuern

Darstellungsschicht

• Korrekte Syntax der übertragenden Daten oder empfangenen Daten
  • Syntax: Darstellung der Daten
  • Semantik: Ergänzung der Daten durch Bedeutung
• Aufgaben
  • Datenkompressionen
  • Quellenkodierung
  • Umkodierung zwischen Datenformaten
  • Strukturierte Darstellung von Informationen
  • Ver und Entschlüsselung

Anwendungsschicht

• Verbindung für Anwendungen an Protokolle
• Datenein und Ausgabe
• TLS sicher Kommunikation zwischen Endpunkten