netzwerk grundlagen

Einfuhrung (2003/10/14)

Motivation und Fundamentales...

ToC: Einfuhrung (2003/10/14)

Geschichte

Warum Computernetzwerke?

Netzwerk-Modelle

Netzwerkhardware

Netzwerksoftware

Referenzmodelle

(3/350)

Geschichte

18. JHD: Mechanik

19. JHD: Dampfmaschine

20. JHD: Jahrhundert der Informationsverarbeitung?

Computergeschichte relativ jung...

einzelne Server via Terminals

Single-Computersysteme

nun “Vernetzte Computer”

Wie (womit?) wird vernetzt?

autonome vernetzte Computer → Computer Netzwerk

nicht autonome vernetzte Computer → Control Unit mit Slaves

(4/350)

Warum Computernetzwerke? (1/3)

Client

Server

Network

Abbildung 1: Ein Server, zwei Clients

(5/350)

Warum Computernetzwerke? (2/3)

Vorteile von Computernetzwerken:

Resource Sharing

Zuverlassigkeit

Kosten: e.g. Fileserver

Skalierbarkeit

Kommunikation

Informationsquelle

Videokonferenz

(6/350)

Warum Computernetzwerke? (3/3)

“Verteiltes System (VS)” vs. “Computer Netzwerk (CN)”

VS: Grenzen fur Benutzer nicht vorhanden

VS: “virtueller Uni-Prozessor”

VS: Betriebssystem fur Verteilung zustandig

CN: Benutzer merkt Grenzen zwischen vernetzten autonomen Syste-men

CN: Explizites login, etc.

(7/350)

Netzwerk-Modelle (1/3)

Unterschiedliche Netzwerk-Modelle

(8/350)

Netzwerk-Modelle (2/3)

Abbildung 2: Client-Server Modell

(9/350)

Netzwerk-Modelle (3/3)

Abbildung 3: Peer-To-Peer Modell

(10/350)

Netzwerkhardware (1/8)

Kategorisierung nach verschiedene Gesichtspunkten

Ubertragungstechnik

Große von Netzwerken

(11/350)

Netzwerkhardware (2/8)

Ubertragungstechnik

Broadcast Netzwerke- single data channel- packets- multicast

Punk zu Punkt Netzwerk- viele Verbindungen

’große’ Netze : meist point-to-point

’kleine’, lokale Netze: meist broadcast

(12/350)

Netzwerkhardware (3/8)

Große von Netzwerken

PAN: Bluetooth / IRDA

LAN: Bus / Ring

MAN: keine Switching Elemente! (e.g. DQDB: Distributed QueueDual Bus, IEEE 802.6)

WAN: Rechner kommunizieren uber Subnetzwerke

(13/350)

Netzwerkhardware (4/8)

1 m Square meter

10 m Room

100 m Building

Campus1 km

City10 km

Interprocessordistance

Processorslocated in same

Example

100 km Country

Continent1000 km

Planet

Personal area network

The Internet

Local area network

Metropolitan area network

Wide area network

10,000 km

Abbildung 4: Klassifizierung von Netzwerken

(14/350)

Netzwerkhardware (5/8)

Cable Computer

(b)(a)

Computer

Abbildung 5: Bus und Ring Topologie

(15/350)

Netzwerkhardware (6/8)

Subnet Router

Host

LAN

Abbildung 6: WAN: Hosts und Subnetzwerke

(16/350)

Netzwerkhardware (7/8)

Sending process Receiving process

Sending host

Router Subnet

Router C makes achoice to forwardpackets to E andnot to D

Packet

Receiving hostDB

A E

C

Abbildung 7: “Weg” von Pakete

(17/350)

Netzwerkhardware (8/8)

(a) (b)

Basestation

To wired network

Abbildung 8: Wireless Anwendungen

(18/350)

Netzwerksoftware (1/12)

Protokoll Hierarchie

Entwurfsentscheidungen

Verbindungsorientiert vs. -los

(19/350)

Netzwerksoftware (2/12)

Protokoll Hierarchie

Komplexitat zu verringern: Ebenenorganisation

Aufgaben einer Ebene:

Interface zu Ebene n + 1 und n − 1

Ebenen bietet Services an

Protokoll zu Layer des anderen Rechners (peer)

(20/350)

Netzwerksoftware (3/12)

Layer 5

Layer 4

Layer 3

Layer 2

Layer 1

Host 1

Layer 4/5 interface

Layer 3/4 interface

Layer 2/3 interface

Layer 1/2 interface

Layer 5 protocolLayer 5

Layer 4

Layer 3

Layer 2

Layer 1

Host 2

Layer 4 protocol

Layer 3 protocol

Layer 2 protocol

Layer 1 protocol

Physical medium

Abbildung 9: Zusammenhang von Layer, Protokoll und Interface

(21/350)

Netzwerksoftware (4/12)

I likerabbits

Location A

3

2

1

3

2

1

Location B

Message Philosopher

Translator

Secretary

Informationfor the remotetranslator

Informationfor the remotesecretary

L: DutchIk vindkonijnenleuk

Fax #---L: DutchIk vindkonijnenleuk

J'aime

�

bien les lapins

L: DutchIk vindkonijnenleuk

Fax #---L: DutchIk vindkonijnenleuk

Abbildung 10: Analogie

(22/350)

Netzwerksoftware (5/12)

H2 H3 H4 M1 T2 H2 H3 M2 T2 H2 H3 H4 M1 T2 H2 H3 M2 T2

H3 H4 M1 H3 M2 H3 H4 M1 H3 M2

H4 M H4 M

M M

Layer 2protocol

2

Layer 3protocol

Layer 4 protocol

Layer 5 protocol

3

4

5

1

Layer

Source machine Destination machine

Abbildung 11: Informationsfuss

(23/350)

Netzwerksoftware (6/12)

Entwurf von Protokollebenen

Adressierung

Regeln des Datentransfers (simplex / half duplex / full duplex)

Fehlerkontrolle

Flusskontrolle

Reihenfolge von Paketen

Große von Paketen

Multiplexing

Routing

(24/350)

Netzwerksoftware (7/12)

Layer k

Layer k + 1

Layer k - 1

Protocol

Service provided by layer k

Layer k

Layer k + 1

Layer k - 1

Abbildung 12: Service vs. Protokoll

(25/350)

Netzwerksoftware (8/12)

Arten von Services

verbindungsorientiert (connection-oriented)

co: ’quality of service’

verbindungslos (connection-less)

cl: ’bestatigte Nachrichten’

(26/350)

Netzwerksoftware (9/12)

Reliable message stream Sequence of pages

Reliable byte stream Remote login

Unreliable connection Digitized voice

Unreliable datagram Electronic junk mail

Registered mailAcknowledged datagram

Database queryRequest-reply

Service Example

Connection-oriented

Connection-less

Abbildung 13: Services und Anwendungen

(27/350)

Netzwerksoftware (10/12)

Abbildung 14: Grundfunktionen bei einem Connection-Oriented Service

(28/350)

Netzwerksoftware (11/12)

(1) Connect request

(2) ACK

(3) Request for data

(4) Reply

(5) Disconnect

(6) Disconnect

Client machine

Protocolstack

KernelOperatingsystem

Drivers Protocolstack

Kernel Drivers

Server machine

Serverprocess

Systemcalls

Clientprocess

Abbildung 15: Client-Server Interaktion

(29/350)

Netzwerksoftware (12/12)

Zusammenfassung der Begriffe

layer / levels / Schichten / Ebenen

protocol

interface

network architecture (set of protocols and layers)

protocol stack (set of protocols)

(30/350)

Referenzmodelle

OSI 7-Schichten Modell

von ISO (International Standards Organization)

OSI: Open Systems Interconnection

Europa

TCP/IP-Modell

ARPANET

USA

(31/350)

OSI-Modell (1/3)

Designrichtlinien:

neue Schicht bei neuer Abstraktion

jede Schicht hat eine definierte Aufgabe

Aufgabe wird in einem Protokoll definiert

Schicht soll so wenig als moglich von den anderen Schichten wissen

nicht zuviele/zuwenig Schichten

(32/350)

OSI-Modell (2/3)

Abbildung 16: OSI-Modell (33/350)

OSI-Modell (3/3)

Applicationlayer

Sessionlayer

Transportlayer

Networklayer

Data link layer

Physicallayer

Presentationlayer

Applicationlayer

Sessionlayer

Transportlayer

Networklayer

Data link layer

Physicallayer

Presentationlayer

Networkprotocol

Actual data transmission path

Transportprotocol

Session protocol

Presentation protocol

Application protocol

Data

Data

Data

Data

Data

Data

Data

Bits

AH

PH

SH

TH

NH

DH DT

SendingProcess

ReceivingProcess

Abbildung 17: Datenubertragung OSI-Modell

(34/350)

TCP/IP-Modell (1/4)

Verwendung im ARPANET

Großvater/mutter aller Netze ;)

DoD: Department of Defence (Sponsor)

ARPA: Advanced Research Projects Agency

Entwicklung in 70er Jahre

(35/350)

TCP/IP-Modell (2/4)

Ziele:

nahtlose Verbindung unterschiedlichster Netzwerke

ausfallsicher

passend fur unterschiedlichste Anwendungen

(36/350)

TCP/IP-Modell (3/4)

4 Ebenen definiert:

Application Layer

Transport Layer (TCP, UDP)

Internet Layerverbindungslos, sog. packet switching network

Host-to-Network Layer

(37/350)

TCP/IP-Modell (4/4)

ARPANET

Protocols

Networks

TELNET

TCP UDP Transport

LAN

DNS Application

Layer (OSI names)

Packetradio

Physical +data link

SMTP

SATNET

FTP

IP Network

Abbildung 18: Protokolle und Netzwerke im TCP/IP-Modell (Auszug)

(38/350)

Vergleich: OSI und TCP/IP (1/4)

Vorab: Kein Modell ist optimal fur alle Anwendungen!

(39/350)

Vergleich: OSI und TCP/IP (2/4)

OSI:

klare Unterscheidung zwischen service / interface / protocol

Analogie: Object: Methoden / Interfaces / Implementation

Transport Layer: nur CO

Network Layer: CO und CL

(40/350)

Vergleich: OSI und TCP/IP (3/4)

TCP/IPOSI

Application

Presentation

Session

Transport

Network

Data link

Physical

7

6

5

4

3

2

1

Application

Transport

Internet

Host-to-network

Not presentin the model

Abbildung 19: Vergleich zwischen OSI- und TCP/IP-Modell

(41/350)

Vergleich: OSI und TCP/IP (4/4)

TCP/IP:

keine klare Trennung zwischen service / interface / protocol

vor Modell war die Implementation. . .→ kein allgemeines Modell

kein Data Link Layer und Physical Layer definiert

Transport Layer: CO und CL

Network Layer: CL

(42/350)