Computersysteme und Anwendungen

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1 Computersysteme und Anwendungen 1. Betriebssysteme 2. Datenbanken Kay Förger 3. Verschlüsselung 4. Netzwerke Systemsteuerung -> Netzwerkverbindungen -> LAN-Verbindung Eigenschaften:

2 Typische Fehlermeldungen: Einleitung Begriffe -Adresse (sprich ei-pie), private -Adresse Subnetzmaske Standardgateway DNS-Server / DNS-Serveradresse DHCP aktiviert (-Adresse automatisch beziehen) DHCP-Server Lease -Routing WINS-Proxy Physikalische Adresse (Beispiel: adresse) Hinweis: Die folgenden Folien sind Auszüge aus dem umfassenderen CSA-Foliensatz Netzwerke Die ursprüngliche Nummerierung wurde beibehalten, um die Zuordnung zu erleichtern. 4.4 Netzwerke / Klassifizierung [1], S. 242, Abb Topologien: beschreibt die Struktur, wie die Systeme vernetzt sind vollständige Vernetzung Bus Ring (einfach / doppelt) Stern Baum Topologie ( Netzstruktur ) Frage: Wie sind die Computer-Systeme zusammen geschaltet? Bus-Technologie: Beispiel Das Bild zeigt einen typischen Stecker CSA 167S

3 Nachricht Folge von Bits oder Bytes (allgemeiner: Zeichen), die zu Paketen (Frames, Rahmen) zusammengefasst werden Konvention zur Kodierung von Informationen Kommunikationsprotokoll Aussehen und Bedeutung der Pakete (Daten/Steuerpakete) zulässige Abfolgen beim Austausch der Pakete [1], S. 235, Abb. 8.7, schematischer Aufbau eines Daten-Paktes (Kopf [Header], Körper [Body], Ende [Schwanz, Trailer]) 4.2 Netzwerke / Protokolle Begriffe in Rechnernetzen: Nachricht, Protokoll Frage: Wie werden die Daten in Rechnernetzen übertragen? Typischer Inhalt eines Datenpaketes: Die Informationen werden mit der Zeit von links nach rechts übertragen CSA Einleitung, Begriff Protokoll Bild aus [1], S. 234 Es wird am Beispiel des Ablaufes eines Telefongespräches erläutert, in welche unterschiedlichen zeitlich aufeinander folgenden Teile sich ein typisches Gespräch am Telefon gliedern läßt (=Phasen des Nachrichtenaustausches): 1) Begrüßung = Verbindungsaufbau 2) Warum ich anfrufe 3) Fehlerbehandlung bei Störungen 4) Tschüß Verbindungsabbau Die zugrunde liegenden Regeln, die beim Telefonieren beachtet werden (z.b. man legt nicht einfach auf, ohne sich zu verabschieden, usw.) werden im Sprachgebrauch der Netzwerke als Protokoll bezeichnet. SS 05 CSA 151/152S Einleitung, Begriff Protokoll Regeln der Kommunikation ( wie ) (=Protokoll) Wie: Vereinbarung über den geordneten Ablauf der Kommunikation Zeitlicher Ablauf des Gespräches (Phasen des Nachrichtenaustausches) Verbindungsaufbau Fehlerbehandlung Verbindungsabbau benutze Sprache Form und Abfolge von Steuernachrichten Konventionen zur Fehlerbehandlung bei Übertragungsfehlern SS Netzwerke / Nachrichtenübertragung (2) Eigenschaften LAN mit Bus-Topologie Übertragung mit 10 MBit/s, 100MBit/s (Fast ), 1000MBit/s = 1GBit/s (Gigabit ) MTU (Maximum Transfer Unit): maximal 1500 Byte Nutzdaten Netzzugang: CSMA/CD (Kollisionen möglich, Behandlung mit: Carrier Sense, Multiple Access with Collision Detection) 6-Byte Adressen, die von Hersteller vergeben werden und für jede () Netzwerkkarte weltweit eindeutig sind, Bezeichnung: - oder MAC-Adresse (Media Access Control). z.b.: 00:0E:35:1F:27:0C In diesem Beispiel liefert E-35 (hex) Intel Corp, 2111 NE 25th Ave, JF3-420, Hillsboro OR 97123, UNITED STATES CSA 171 CSA154

4 4.5.3 Datenübertragung mit /ohne Kollision: [1], S. 244, Abb. 8.14: 4.5 Netzwerke / Nachrichtenübertragung (2) Sendeversuch bei belegtem Bus Sendeversuch bei freiem Bus gleichzeitiges Abhören / Senden Kollision erkennen Sendung abbrechen Hinweis: Weitere Technologien Token Ring ATM (Asynchronous Transfer Mode) (Breitband ISDN) FDDI (Fiber Distributed Data Interface) SS Übersicht 4.7 Internet Protocol () Parallel zum ISO/OSI Referenzmodell entstand das Internet Protocol (1969, 1975, 1983) eigene Adressierung (4 Byte [32-Bit] -Adressen) Adressen werden zusätzlich zu den Adressen der Verbindungsschicht (z.b. -Adressen) verwendet : 6 Byte vom Hersteller der Karte bei der Produktion festgelegt Beispiel: Auto Fahrgestellnummer (entspricht adresse) und Kennzeichen (entspricht -Adresse) Adresse wird durch 4 Zahlen angegeben: jede Zahl liegt steht für ein Byte => zwischen Adressen sind unabhängig von der Technologie des verwendeten Netzwerkes CSA 172/173S CSA Übersicht Routing SS Internet Protocol () Protokollschichten (Fortsetzung) Landschaft mit Hosts und Gateways: Physikalische Netze unterschiedlich (evtl. inkompatibel) Beispiel: Host A1 im Tokenring sendet Paket über Gateways G1 und X.25 Netz zu Gateway G2, das die Pakete über ein an Host C1 übermittelt Netzzugangnsschicht (Fortsetzung) Tabelle: Zuordnung -Adresse zur physikalischen-adresse Netzwerkes (z.b. adresse) In der Regel: dynamischer Aufbau (d.h. automatisch zur Laufzeit) Broadcast (=Nachricht an alle): Wer hat -Adresse a.b.c.d? Typisch: Wiederholung der Abfrage nach einigen Minuten. :~ # arp -a? ( ) at 00:00:0C:FE:FC:C0 [ether] on eth0 sr216n02.rzbd.haw-ham ( ) at 08:00:06:05:53:89 [ether] on eth0 :~ # CSA 195S CSA 177

5 Innerhalb der -Protokoll-Familie unterscheidet man zwei Unterprotokolle: User Datagramm Protokoll (UDP) Verbindungslos (wie Briefpost), unzuverlässig minimaler Protokolloverhead Query/Response Anwendungen Transmission Control Protokoll (TCP) 4.7 Internet Protocol () Protokollschicht Transport, UDP zuverlässiger verbindungsorientierter Datentransport (wie Telefon): Reihenfolge richtig Algorithmus: Positiv Acknowledgement with Retransmission (PAR) Verbindungsorientiert logische Rechner-zu-Rechner-Verbindung durch Übertragung von Kontrollinformationen (Handshake): Verbindungsaufbau, Verbindungsabbau Routing Adressen und Routing -Adresse: 32-Bit (-Header Wort 5) Die 32 Bit werden in einen Netzwerk-Teil (Netzwerk-Adress-Bits) und einen Host-Teil (Host-Adress-Bits) aufgeteilt. Diese Unterteilung wird im Absendersystem eines -Paktes herangezogen, um anhand der -Zieladresse zu entscheiden, an welches Computersystem in Netzwerk das Paket im nächsten Schritt weiterzuleiten ist. Zwei Fälle: Host-Teil stimmt überein => System im gleichen Netz Host-Teil verschieden => Datenpaket an das Standardgateway weiterleiten. Das Standardgateway nimmt dann die Weiterleitung anhand seiner Konfiguration vor, die in einer sogenannten Routing-Tabelle gespeichert ist Byte 1 Byte 2 Byte 3 Byte 4 CSA Routing Bereiche privater Netzwerkadressen Für private Zwecke reservierte -Adressen Prozess -Adresse der Maschinen ist keine offizielle Adresse, können benutzt werden, ohne dass es eine Maschine im Internet mit dieser Adresse gibt. Dadurch wird vermieden, dass der Zugriff auf offizielle Internet-Maschinen verloren geht. Zugang zum Internet soll möglich sein erforderlich: Adressumsetzung, Begriffe: 1171 Netzwerkprogrammmodule des Betriebssystems (Routing [Tabelle]) 22 Masquerading (Ein Computer gibt sich als Absender aller - Pakte eines gesamten Netzwerkes aus und ändert Portnummern und -Adressen) NAT Network Address Translation bis ( /8, Class A) bis ( /12, Class B) bis ( /16, Class C) CSA 203

6 B2-F1-27 (Routing [Tabelle]) Netzmaske Netzmaske B2-F1-27 Datenpaket 1 Netzmaske : Abs.: B2-F1-27 Empf.: : Nutzdaten (Routing [Tabelle]) : Abs.: B2-F1-27 Empf.: (Routing [Tabelle]) Netzmaske : Abs.: Empf.: 22 Datenpaket 1 : : Datenpaket (Routing [Tabelle]) : Abs.: Empf.: : 22 Datenpaket 2 Nutzdaten -Teil bleibt unverändert Nutzdaten Nutzdaten

7 1171 (Routing [Tabelle]) Präzisierung: Bei UDP kann sich genau ein Prozess beim Betriebssytem registrieren, um die Nutzdaten zu erhalten, die an einen Port gesendet werden. Bei TCP ist das etwas komplizierter: nächste Folien. : Abs.: Empf.: : Nutzdaten 22 Datenpaket Internet Protocol () TCP/ Verbindung / Sockets Vorbemerkung: Standarddienste auf einem Server werden über festgelete Ports erreicht, Beispiele: http/www: TCP Port 80, ssh (): TCP Port 22, Mail: TCP Port 25 CSA 194S Internet Namensdienst (DNS): UDP Port 42 (alt), TCP Port 53 Hinweis TCP und UDP Port-Nummern können völlig unabhängig von einander benutzt werden: Für die Port-Nummern werden bei UDP und TCP 16 Bit genutzt Damit stehen UDP Ports zur Verfügung und zusätzlich TCP Ports (insgesamt ) Unterschied UDP zu Verbindungsaufbau Der Verbindungsaufbau erfolgt gerichtet: 4.7 Internet Protocol () TCP/ Verbindung / Sockets Von einem Computersystem A zu einem Computersystem B (wird auch als Server bezeichnet) Schritt 1: Ein Prozess des Systems B registriert sich beim Betriebssystem, um eingehende Verbindungswünsche für einen TCP-Port zu bearbeiten. Vergleich mit dem Telefonieren: Jemand setzt sich neben das Telefon, um Anrufe entgegen zu nehmen und wartet auf einen Anruf. 4.7 Internet Protocol () TCP/ Verbindung / Sockets Schritt 1: Ein Prozess des Systems B registriert sich Schritt 2: Ein Prozess des Systems A baut eine Verbindung zu System B auf: Dafür wird ein Datenpaket von A nach B geschickt, erforderlich: -Adresse System B und TCP-Port B Paket ist als Paket zum Verbindungsaufbau gekennzeichnet, d.h. das sogenannte Syn-Bit ist gesetzt. Beispiel Telefon: Jemand hebt den Hörer ab und wählt eine Nummer, um einen anderen anzurufen Es werden weitere Datenpakete ausgetauscht (3-Wege Handshake) und damit ist die Verbindung aufgebaut Beispiel Telefon: Es klingelt beim Empfänger und der Hörer wird abgenommen.

8 4.7 Internet Protocol () TCP/ Verbindung / Sockets Schritt 1: Ein Prozess des Systems B registriert sich Schritt 2: Ein Prozess des Systems A baut Verbindung auf Schritt 3: Die Prozesse auf System A und B können nun jeweils Daten über die Verbindung senden und empfangen. Beispiel Telefon: Es kann gesprochen werden Protokoll ist erforderlich Schritt 4: Ein neuer Prozess auf System B kann sich registrieren, um neue eingehende Verbindungswünsche für den gleichen TCP-Port zu bearbeiten. Wie werden eintreffende Datenpakete den Prozessen zugeordnet? Nächste Folie 4.7 Internet Protocol () TCP/ Verbindung / Sockets Wie werden eintreffende Datenpakete den Prozessen zugeordnet? Es werden alle 4 folgenden Informationen (die jedes Datenpaket enthält) verwendet: Absender -Adresse, Absender TCP-Port-Nummer Empfänger -Adresse, Empfänger TCP-Port-Nummer Allgemein wird das folgende Paar als Socket (engl. Sockel) bezeichnet: -Adresse Port-Nummer Man unterscheidet bei einem Datenpaket also: Absender-Socket Empfänger-Socket Damit ist eine Verbindung durch ein Socket-Paar festgelegt TCP UDP B2-F1-27 Prozess Netzwerkprogrammmodule des (Routing [Tabelle]) Betriebssystems : Abs.: B2-F1-27 Empf.: Datenpaket 1 : : Datenpaket 2 Nutzdaten Netzmaske Netzmaske Teil bleibt unverändert : Abs.: Empf.: Nutzdaten Einleitung Begriffe -Adresse, private -Adresse Weltweit eindeutige Adresse im Internet Subnetzmaske Legt fest, welcher Teil der -Adresse beim Versenden von Datenpaketen benutzt wird, um zu entscheiden, ob das Zielsystem am gleichen Netzwerk angeschlossen ist oder ob ein anderes System (, Gateway) für die Weiterleitung des Paketes genutzt werden muss. Standardgateway System mit Anschlüssen zu mehreren (evtl. verschiedenartigen) Netzwerken DNS-Server / DNS-Serveradresse DNS (Domain Name Service): Internet-Namensdienst, Zuordnungsbeispiel: ->

9 4.1.0 Einleitung Begriffe DHCP aktiviert (-Adresse automatisch beziehen) Dynnamic Host Configuration Protokoll Wird in Netzwerken genutzt, um mit Hilfe eines Servers im Netz eine -Adresse automatisch zu erhalten. Damit ist es z.b. möglich, ein Notebook ohne Konfiguration durch den Benutzer in verschiedenen Netzen zu nutzen, obwohl das gleiche Notebook im jedem Netz eine andere -Adresse hat (und auch haben muss). Problem: Wie können bei DHCP Datenpakete im Netz ausgetauscht werden, wenn die -Adresse noch gar nicht bekannt ist? Lösung: Man arbeitet mit -Adressen, die ja bei der Herstellung bereits eindeutig festgelegt durch den Hersteller festgelegt werden. DHCP-Server Server der DHCP-Anfragen beantwortet Lease Bei DHCP können -Adressen aus einem Adressbereich (Adress-Pool) auf Zeit vergeben (geleast) werden. Bei der Adresszuteilung wird ein (sogenanntes) Lease vergeben Einleitung Begriffe -Routing Weiterleitung von Datenpaketen im Internet von System zu System. Auf jedem System wird mit Hilfe einer Tabelle (Routing-Tabelle) entschieden, an welches Nachbar -System das Datenpaket weiterzuleiten ist. WINS-Proxy WINS: Namensdienst in Netzen mit Microsoft-Windows, funktioniert unabhängig von Internet-Namensdienst (DNS). Wird beispielsweise für die Anzeige der sogenannten Netzwerkumgebung auf Windows-PCs genutzt. Physikalische Adresse (Beispiel: adresse) Adressen des realen Netzes, das die Datenpakete transportiert : adressen FA-1E-16 Würde das ISDN-Telefonnetz genutzt: Telefonnummern Im SS 2006 nicht behandelte Inhalte der Vorlesung CSA: 1.6.2, 1.6.5, Folie CSA66, , , (Dritte Normalform), , 3.5.3