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Albert-Ludwigs-Universität FreiburgInstitut für InformatikRechnernetze und TelematikChristian SchindelhauerSommer 2008
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Systeme II1. Vorlesungswoche21.04.-25.04.2008
1Mittwoch, 23. April 2008
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Systeme IISommer 2008
Rechnernetze und TelematikAlbert-Ludwigs-Universität Freiburg
Christian Schindelhauer
Organisation
‣ Web-Seite
• http://cone.informatik.uni-freiburg.de/lehre/vorlesung/systeme-II-s08/
‣ Vorlesungen
• Mittwoch, 14-16 Uhr, Hörsaal 26, Geb. 101
• Donnerstag, 9-10 Uhr, Hörsaal 26, Geb. 101
‣ Beginn:
• 1. Vorlesung: 23.04.2008
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Übungen
‣ Eintragung in die Übungsgruppen im Forum‣ Gruppe A
• Montag, 9-10, SR 00-006, Geb. 051• Benjamin Traut
‣ Gruppe B• Dienstag, 14 - 15, R 00-034, Geb. 051 • Malte Ahl
‣ Gruppe C• Montag, 9 - 10, HS 03-026, Geb. 051• Bente Luth
‣ Gruppe D• Dienstag, 16 - 17, SR 00-034, Geb. 051• Johannes Wendeberg
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Übungsaufgaben
‣ Erscheinen jeden Donnerstag auf der Webseite
• Bearbeitung freiwillig
• Abgabe in den Übungsgruppen
• Grundlage für mündliche Prüfung/schriftliche Klausur
‣ Besprechung in der Folgewoche
‣ Korrektur durch den Tutor
• Rückgabe eine Woche nach Abgabe
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Prüfung
‣ Klausur
• Schriftlich am 22.09.2008, 10.00 - 12.00 Schindelhauer 026, 036
‣ Prüfungsanmeldung
• für die Studierenden der Studiengänge Mikrosystemtechnik und Informatik erfolgt on-line über
• http://www.informatik.uni-freiburg.de/dekpamt/allgemeines/online_anmeldung.htm
• An- und Abmeldungen sind von 01.04.2008 bis
27.06.2008 möglich.
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Medien
‣ PDF-Foliensätze
• vor der Vorlesung auf der Web-Site
‣ Lecturnity-Aufzeichnung vom Vorjahr
‣ Literaturhinweise
• gleich und auf der Web-Site
‣ Forum
• auf der Web-Site
• zur Diskussion
• zur Übungsanmeldung
• sonstige Organisation
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Inhalte
‣ Einführung
• Literatur, Beispiele
• Referenzmodelle
‣ Bitübertragungsschicht (Physical Layer)
‣ Sicherungsschicht (Data Link Layer)
‣ Mediumzugriffs-Steuerung
(Medium Access Control Sub-Layer - MAC)
‣ Vermittlungsschicht (Network Layer)
‣ Transportschicht (Transport Layer)
‣ Anwendungsschicht (Application Layer)
‣ Sicherheit in Netzwerken
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Veranstaltungen im Bereich Netzwerke
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Netzwerke I = Systeme II jeden Sommer Einführung in NetzwerkeEthernetGrundlagen des Internets
Netzwerke II = Communication Systems jeden Winterab nächstes Semester
WLAN, Telefon-netzwerke, VoIP, u.v.a.
Vertiefung Netzwerke
z.B. Peer-to-Peer-NetzwerkeMobile Ad-Hoc-NetzwerkeInternet-SicherheitTelematik IV
jeden Sommer
Praktika, Projekte,Teamprojekte
z.B. Ad-Hoc-NetzwerkeWireless Sensor NetworksLocation Based Service
jeden Winter
SeminareBachelor-/Master-Arbieten
je nach Lehrstuhl,individuell
jedes Semester forschungsnahe Arbeit
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Motivation
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Internet 2007www.internetworldstats.com
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Internet Wachstum von 2000-2007
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Internet Datenmengen
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‣ Monatlicher Datenverkehr weltweit
• Minnesota Internet Traffic Studies:
• 3000-5000 PB
• 1 PetaByte = 1015 bytes
‣ monatlicher Datenverkehr pro Kopf
• Europa: 2,3 GB
• Japan 2,6 GB
• USA: 3 GB
• Hongkong, Südkorea: 17 GB
‣ Jährliche Wachstumsrate
• Weltweit: 50-60%
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Beispiele für Rechnernetze
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‣ WLAN‣ LAN (local area network)‣ WAN (wide area network)‣ MAN (metropolitan area network)‣ P2P‣ FTP (file transfer protocol)‣ SSH (secure shell)‣ telnet ‣ FIDONET‣ IRC (Internet Relay Chat)‣ USENET‣ IBM Token Ring‣ Telefon‣ Telefax
‣ Telex‣ VPN‣ ...
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Literatur (I)
‣ Das Buch zur Vorlesung• Computer Networks, Andrew S.
Tanenbaum (Prentice Hall)• auf Deutsch: Computernetzwerke
(Taschenbuch)• Preis: 49,95 €
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Literatur (II)
‣ Das Buch Nr. 2 zur Vorlesung:• Computer Networking - A Top-Down
Approach Featuring the Internet, James F. Kurose, Keith W. Ross, Prentice Hall
• Preis: 75 €
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Literatur (III)
‣ Buch Nr. 3: • Data and computer
Communications• William Stallings• Pearsons, Prentice-Hall, 2007• 80 €
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Literatur (IV)
‣ Zur Vertiefung:• TCP/IP Illustrated, Volume - The
Protocols, W. Richard Stevens, Addison-Wesley
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Literatur (V)
‣ Fred Halsal, Data Communications, Computer Networks and Open Systems, Addison-Wesley, 1995
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Christian Schindelhauer
Das Internet
‣ ist das weltweite, offene WAN (wide area network)
‣ ist systemunabhängig
‣ verbindet LANs (local area networks)
‣ hat keine zentrale Kontrolle
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Struktur-Vergleich
‣ Hierarchisches Telefon-Netzwerk Idee des Internets
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Christian Schindelhauer
Netzwerk offen für alle Architekturen
‣ Konzepte von Robert Kahn (DARPA 1972)
• Jedes (lokale) Netzwerk ist autonom- arbeitet für sich - muss nicht gesondert
konfiguriert werden für das WAN
• Kommunikation nach “best effort”- schafft es ein Paket nicht zum
Ziel, wird es gelöscht- es wird von der Anwendung
wohl wieder verschickt weden• Black Box Ansatz für Verbindungen
- Black Boxes später umgetauft in Gateways und Routers
- Paketinformation werden nicht aufbewahrt
- keine Flußkontrolle• Keine globale Kontrolle
‣ Das sind die Grundprinzipen des Internet
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Christian Schindelhauer
Originaldiagramme des “Ur-Internets”
Die Geschichte des Internets
‣ 1961: Packet Switching Theory • Leonard Kleinrock, MIT, “Information
Flow in Communication Nets”
‣ 1962: Konzept des “Galactic Network”• J.C.R. Licklider and W. Clark, MIT,
“On-Line Man Computer Communication”
‣ 1965: Erster Vorläufer des Internet• Analoge Modem-Verbindung
zwischen zwei Rechnern in den USA
‣ 1967: Konzept des “ARPANET”• Entwurfspapier von Larry Roberts
‣ 1969: Erster Knoten im “ARPANET”• an der UCLA (Los Angeles)
• Ende 1969: vier Rechner verbunden
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Christian Schindelhauer
Das ARPANET
Wachstum ARPANET (a) Dezember 1969. (b) Juli 1970.
(c) März 1971. (d) April 1972. (e) September 1972.
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Architektur des Internet
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NSFNET 1988
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Christian Schindelhauer
Das Deutsche
Forschungs-netz
(2000)
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Systeme IISommer 2008
Rechnernetze und TelematikAlbert-Ludwigs-Universität Freiburg
Christian Schindelhauer
Das Internet 2006Autonome Systeme
Quelle:netdimes.org
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Christian Schindelhauer
Das Internet 2006IP Routers
netdimes.org
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Quelle:netdimes.org
28Mittwoch, 23. April 2008
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Anwendung Application Telnet, FTP, HTTP, SMTP (E-Mail), ...
Transport TransportTCP (Transmission Control Protocol)
UDP (User Datagram Protocol)
Vermittlung NetworkIP (Internet Protocol)+ ICMP (Internet Control Message Protocol)+ IGMP (Internet Group Management Protoccol)
Verbindung Host-to-Network LAN (z.B. Ethernet, Token Ring etc.)
Die Schichtung des Internets - TCP/IP-Layer
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Systeme IISommer 2008
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Christian Schindelhauer
TCP/IP-Schichtenmodell
‣ 1. Host-to-Network• nicht spezifiziert, hängt vom LAN
ab, z.B. Ethernet, WLAN 802.11b, PPP, DSL
‣ 2. Vermittlungsschicht (IP - Internet Protokoll)
• Spezielles Paketformat und Protokoll
• Paketweiterleitung• Routenermittlung
‣ 3. Transportschicht• TCP (Transport Control Protocol)
- zuverlässiger bidirektionaler Byte-Strom-Übertragungsdienst
- Fragmentierung, Flusskontrolle, Multiplexing
• UDP (User Datagram Protocol)- Paketübergabe an IP- unzuverlässig, keine
Flusskontrolle‣ 4. Anwendungsschicht
• zahlreiche Dienste wie TELNET, FTP, SMTP, HTTP, NNTP (für DNS), ...
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30Mittwoch, 23. April 2008
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Beispiel zum Zusammenspiel
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aus Stevens TCP/IP Illustrated
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Datenkapselung
32aus Stevens TCP/IP Illustrated
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Das ISO/OSI Referenzmodell
‣ 7. Anwendung (Application)• Datenübertragung, E-Mail, Terminal,
Remote login
‣ 6. Darstellung (Presentation)• Systemabhängige Darstellung der
Daten (EBCDIC/ASCII)
‣ 5. Sitzung (Session)• Aufbau, Ende, Wiederaufsetzpunkte
‣ 4. Transport (Transport)• Segmentierung, Stauvermeidung
‣ 3. Vermittlung (Network)• Routing
‣ 2. Sicherung (Data Link)• Prüfsummen, Flusskontrolle
‣ Bitübertragung (Physical)• Mechanische, elektrische Hilfsmittel
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ISO/OSI - Schicht 1
Aküfi– ISO: International Standards Organisation– OSI: Open Systems Interconnections
1. Bitübertragung (Physical)– Übertragung der reinen Bits– Technologie (elektronisch/Licht)– Physikalischen Details (Wellenlänge, Modulation)
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ISO/OSI - Schicht 2
2. Sicherung (Data Link Layer)– Bereinigung von Übertragungsfehler– Daten werden in Frames unterteilt mit
Kontrollinformation (z.B. Checksum)
– Bestätigungsframes werden zurückgesendet– Löschen von Duplikaten– Ausgleich schneller Sender - langsamer Empfänger
(Flusssteuerung)– Lösung von Problemen beim Broadcasting
• Zugriff auf gemeinsames Medium = Mediumzugriff (medium access control = MAC)
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ISO/OSI - Schicht 3
3. Vermittlungsschicht• Packetweiterleitung (packet forwarding)• Routenermittlung/Wegewahl der Pakete (route
detection)• Kontrolle von Flaschenhälsen (bottleneck) in der
Wegewahl• Abrechnung der Pakete (Abrechnungssystem)
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ISO/OSI - Schicht 4
4. Transportschicht• Unterteilung der Daten aus der Sitzungsschicht in kleinere
Einheiten (Pakete)• In der Regel Erstellung einer Transportverbindung für jede
anfallende Verbindung• Möglicherweise auch mehrere Transportverbindungen zur
Durchsatzoptimierung• Art der Verbindung
- fehlerfrei, Punkt-zu-punkt (z.B. TCP)- fehlerbehaftet, Unidirektional (z.B. UDP)- Multicasting (einer an viele)- Broadcasting (einer an alle)
• Multiplexing: Zu welcher Verbindung gehört dieses Paket• Flusskontrolle: Wieviele Pakete können/sollen versendet
werden (ohne das Netzwerk zu überfordern)
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ISO/OSI - Schicht 5
5. Sitzungsschicht• Festlegung der Sitzungsart, z.B.
- Dateitransfer, Einloggen in ein entferntes System• Dialogkontrolle
- Falls Kommunikation immer nur abwechselnd in einer Richtung geht, regelt die Richtung die Sitzungsschicht
• Token Management- Falls Operationen nicht zur gleichen Zeit auf
beiden Seiten der Verbindungen möglich sind, verhindert dies die Sitzungsschicht
• Synchronisation- Checkpoints zur Wiederaufnahme abgebrochener
Operationen (z.B. Filetransfer)
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ISO/OSI Schichten 6 und 7
6. Präsentationsschicht
• Anpassung von Kodierungen,
• z.B. Zeichensätze, Namen, Addressfelder, Formulare, etc.
7. Anwendungsschicht
• Große Vielfalt aller möglichen Funktionen, z.B.
- Virtuelle Terminals
- Filetransfer
- Video
- Radio
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OSI versus TCP/IP
(Aus Tanenbaum)
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Hybrides Modell
‣ Wir verwenden hier Tanenbaums hybrides Modell
Tanenbaum
(Aus Tanenbaum)
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Unicast, Multicast und Broadcast
‣ Unicast (Punkt-zu-Punkt-Übertragung)
• Z.B. Telefon
• Genau zwei Teilnehmer kommunizieren direkt miteinander
‣ Broadcast (Einer-an-Alle)
• Z.B. Radio, Fernsehen
• Ein Sender sendet Signale an alle Empfänger
‣ Multicast (Einer an Viele)
• Z.B. Telefonkonferenz, Video on demand
• Ein Sender sendet an eine ausgewählte Menge von Empfänger
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Netzwerktypen
(Aus Tanenbaum)43
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Local Area Networks (LAN)
Bus Ring
(Aus Tanenbaum)
Stern
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Metropolitan Area Networks
‣ TV-Kabel basiertes Netzwerk
(Aus Tanenbaum)
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Christian Schindelhauer
Wide Area Networks
‣ Verknüpfung der LANs mit dem Subnet
(Aus Tanenbaum)
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Funknetzwerke (1)
‣ Kategorien drahtloser Netzwerke
• Systemverdrahtung
- Z.B. Bluetooth
• Wireless LANs
- Z.B. Uni-Netzwerk
• Wireless WANs
- Drahtlose Vernetzung von W-LANs
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Rechnernetze und TelematikAlbert-Ludwigs-Universität Freiburg
Christian Schindelhauer
(Aus Tanenbaum)
Funknetzwerke (2)
‣ (a) Bluetooth‣ (b) Wireless LAN
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Christian Schindelhauer
(Aus Tanenbaum)
Funknetzwerke (3)
(a) Individuelle mobile Rechner(b) Das fliegende LAN
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Systeme IIEnde der 1. Vorlesungswoche
50Mittwoch, 23. April 2008