IV Internet, Grundlagen und

Transkript

1 Einführung in die Informationstechnik IV Internet, Grundlagen und Dienste

2 2 Überblickbli Grundlagen Datenkommunikation Datenübertragung analog, digital ISDN, DSL Netzarten und topologien Protokolle Internet Dienste im Internet IP Adressen Adressen, DNS

3 3 Allgemeines seit Windows Netzwerkunterstützung Linux von Beginn an netzwerkfähig heute jeder Rechner vernetzt ausserdem PDAs mit WLAN Handys mit Bluetooth & WLAN Drucker, HiFi Anlage, intelligentes Wohnen

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5 Pi Prinzip i der Datenkommunikation Dt ikti DEE DÜE DÜE DEE Übertragungskanal analog/digital drahtgebunden/drahtlos, optisch Standardschnittstelle seriell parallel USB Rechnerbussystem drahtlos (Bluetooth, Surfstick) DEE DÜE Datenendeinrichtung (Rechner) Datenübertragungseinrichtung (Modem, Netzwerkkarte, WLAN Einheit)

6 6 Übertragungskanäle analog, drahtgebunden klassisches Telefonnetz (POTS), Wählleitung veraltet: analoge Standleitungen digital, drahtgebunden ISDN, Wählleitung DSL digitale Standleitungen

7 7 Datenübertragung t Telefon analog bisher (ohne ISDN) analoge Übertragung zur Datenübertragung: aufprägen von Daten auf analoge Signale modulieren Empfänger demoduliert Signal Modem = Modulator/Demodulator/ Modem öffentliches Modem Telefonnetz

8 8 Datenübertragung t Telefon digitalit ISDN Integrated Services Digital Network ermöglicht schnelleren Verbindungsaufbau zwei Nutzkanäle von je 64KBit/s zwei Gespräche gleichzeitig möglich durchgehende digitale Verbindung keine Vertonung der Daten wie bei Modem

9 9 ISDN Terminator S 0 Bus NTBA Computer mit ISDN Karte (ISDN Modem) öffentliches Telefonnetz NTBA=Network Termination Basic Access

10 10 Datenübertragung t Telefon digitalit DSL Digital Subscriber Line hohe Datenübertragung güber Telefonleitung entwickelt Ende der 1980er Jahre ADSL: Asynchrones Verfahren Downstream: klassisch 768KBit/s Upstream: 128KBit/s Bis 16MBit/s Downstream VDSL: Very High ihspeed Digital ii Subscriber Line bis 50MBit/s (200MBit/s technisch möglich) Downstream Erlaubt parallele Übertragung von: Internet, Telefon, TV

11 DSL mit ISDN S 0 Bus NTBA Computer mit ISDN und Netzwerkkarte Ethernet DSL Modem/ Router öffentliches Tlf Telefonnetz Splitter (NTBBA) OVSt NTBBA= Network Termination Broad Band Access

12 12 Netzarten t mit Kbl Kabel LAN: Local Area Network räumlich begrenzter Bereich (wenige km) MBit/s1000MBit/s MAN: Metropolitan Area Network Stadt oder größere Firma, 100MBit/s... 1GBit/s WAN: Wide Area Network innerhalb eines Landes, Wissenschaftsnetz GBit/s GAN: Global Area Network weltweite Vernetzung, logische Zusammenfassung von LANs, MANs weltweite Vernetzung, logische Zusammenfassung von LANs, MANs und WANs

13 13 Netzarten t Drahtlos WLAN: Wireless Local Area Network drahtloses LAN, MBit/s Bluetooth: Funkverbindung von Geräten zum Datenaustausch PAN: Personal Area Network Name erinnert an Harald Blåtand, genannt Blauzahn, König von Dänemark, lebte MBit/s weitere Möglichkeit: Infrarot Mobilfunk: GPRS UMTS, HSDPA, HSUPA: 3,6 bzw. 7,2 Mbit/s

14 14 Netztopologien t LAN Bus Ring kbone Stern Bac

15 16 Netzwerktechnologie Ethernett Anfang der 70er Jahre entwickelt Urheber: Robert Metcalfe Ether steht für Äther traditionell nur innerhalb eines Gebäudes heute auch weiter entfernte Geräte paketorientierte Datenübertragung BNC RJ 48

16 Skizze zum Ethernet (Robert Metcalfe 1976) 17

17 18 Dt Datenpaket kt Im Netz versandte Dateneinheit Enthält neben den zu übermittelnden Informationen Adressdaten d Verwaltungsinformationen Unterschiedliche Datenpakete einer Übertragung wählenunterschiedlichewege

18 19 Protokolle für Kommunikation notwendig: physikalische Verbindung Vereinbarung über Art und Abfolge des Datenaustausches Kommunikationsprotokoll t k beschreibt Aufbau eines Datenpaketes dessen Absender und Empfänger den Typ des Pakets Pk (z. B. Verbindungsaufbau, Verbindungsabbau bb oder reine Nutzdaten) die Paketlänge eine Prüfsumme regelt unter anderem: elektrischen Signale während Kommunikation Reihenfolge in der Partner kommunizieren Sprache die sie sprechen Beispiele: TCP, IP, HTTP, FTP, SMTP, IMAP, POP3,

19 20 Protokoll Beispiel Ablauf eines handvermittelten Ferngesprächs (ab 1877) Teilnehmer teilt Amt Verbindungswunsch durch Betätigen des Kurbelinduktors mit 1. Amt: Hier Amt, was beliebt? 2. Teilnehmer: wünsche mit Nummer 44 zu sprechen Wenn der gewünschte Teilnehmer frei war, hieß es: 3. Amt: bitte rufenund und die Vermittlungskraftstellte stellte mittels eines Schnurpaares die Verbindung zum B Teilnehmer her andernfalls: 3. Amt: schon besetzt, t werde melden wenn frei 4. Teilnehmer: Verstanden Das Gesprächsende teilte der Anrufende der Vermittlungskraft durch erneutes Betätigen des Kurbelinduktors mit. Vermittlungskraft trennte die Verbindung und brachte die Klappe per Hand wieder in die Ausgangslage. Quellen:

20 21 Protokolle Beispiel Rechnerkommunikation Verbindungsaufbau zwischen Rechnern: 1. Computer 1 schickt Paket mit Verbindungswunsch 2. Computer 2 schickt Paket mit Verbindungsbestätigung 3. Computer 1 bestätigt Computer 2, dass er verstanden hat, dass Computer 2 bereit ist Handshake oft ist Kommunikation Zusammenspiel verschiedener Protokolle

21 22 Netze von Netzen Nicht immer können alle Teilnehmer in einem Netz vereint werden zu viele Benutzer starke räumliche Trennung der Benutzer Verknüpfung mehrerer Netze erfolgt durch Verbindungsrechner (VR) VR Internet VR

22 23 Verbindungsrechner Beispiele i Gateway: Rechner der Verbindung zum Internet herstellt Auch oft als Router bezeichnet Router: Verbinden Teilnetze des Internets Bestimmt nächsten Rechner, zu dem Datenpaketgesendet wird Dienen der Paketvermittlung für IP Protokoll komplexe Funktionalität zum optimalen versenden von Paketen Zustand der Routen Kosten (Zeitdauer) für den Versand

23 24 Internet t Ende der 1960er Jh Jahre entstand erstes richtiges ihi Netz damals noch als ARPA Net bezeichnet verbunden wurden vier Standorte Zentren militärischer Forschung UCLA, SRI, UCSB, University of Utah in Salt Lake City zwei wichtige Dienste: TelNET Arbeit auf und Steuerung von entfernt liegenden Rechnern FTP Datentransfer zwischen entfernten Rechnern Schub durch Entwicklung von TCP Transmission Control Protocol IP Internet Protocol ARPA Net weiterhin militärisch Schaffung des universitären CSNet

24 25 Protokolle im Internet t Internet Netz von Netzen Basis für die Übertragung gbilden Protokolle (Beschreibungen über Format und Ablauf des Datenaustausches auf verschiedenen Ebenen): TCP: Transmission Control Protocol IP: Internet Protocol TCP sorgt für das Verpacken der Daten in Datenpakete IP ist für den Versand zuständig

25 26 Einschub BINÄRES ZAHLENSYSTEM

26 27 Bits kleinste mögliche ölih Informationseinheit i i Wortschöpfung aus binary und digit zwei Zustände ja / nein wahr / falsch hll/ hell dunkel Männlein / Weiblein links / rechts technisch einfache Realisierung möglich geladen / ungeladen Strom fließt / Strom fließt nicht 5V Spannung / 0V Spannung magnetisiert / nicht magnetisiert ultimativ: 1 oder 0

27 28 Bt Bytes komplexe Informationen werden durch hfolgen von Bits dargestellt Die kleinste adressierbare Speichereinheit im Rechner ist das Byte (engl.: byte; Kunstwort, ausgesprochen: Bait) Folge von acht Bits können gemeinsam in einem Rechner verarbeitet werden

28 29 Positions i oder Stellenwertsysteme heute gebräuchlichste Art der Zahlensysteme kompakte Darstellung beliebig großer Zahlen mit wenigen Symbolen (Ziffern oder Zahlzeichen) Anzahl der Symbole: Basis des Zahlensystems Beispiele: Binärsystem: {0,1} Oktalsystem: {0,1,2,3,4,5,6,7} Dezimalsystem: { } {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9} Hexadezimalsystem: {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F}

29 30 allgemeine Darstellung: Basis des Zahlensystems: B Ziffer: a i {0, 1, 2,, B 1} Zahl: <a 0, a 1, a 2,, a n > geschrieben: a n a n 1 a 2 a 1 a 0 Wert: a 0 *B 0 + a 1 *B a n *B n = a i *B i

30 31 Dezimalsystem heute meist verwendetes System Basis: 10 Ziffern: {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9} Beispiel: 4361 = 4* * * *10 0 = 4* * *10 + 1*1 =

31 32 Dual oder Binärsystem Basis für Computer Basis: 2 Ziffern: {0,1} Beispiel: = 1* * * * *2 0 = 1*16 + 0*8 + 0*4 + 1*2 + 1*1 = = 19

32 33 Natürliche Zahlen binär Bitfolgen zur Darstellung größerer Zahlen 1 Bit: 0 und 1 2 Bit: 0 bis 3 3 Bit: 0 bis 7 4 Bit: 0 bis 15 8 Bit: 0 bis Bit: 0 bis Bit: 0 bis n Bit: 0 bis 2 n 1 Darstellung der natürlichen (positiven!) Zahlen

33 34 IP Adressen Jd Jeder Rechner im Internet braucht eine Adresse Paketvermittlung erfolgt nur über Adressen IP Adresse ist 32 Bit lang = 4Byte, daher maximal 2 32 ( ) Rechner adressierbar Zur besseren Lesbarkeit dargestellt als: d 1.d 2.d 3.d 4 Dezimalwerte der 4 verwendeten Bytes Beispiel: Mögliche Abfrage ob ein Rechner im Netz verfügbar ist: ping <ip_adresse> oder <hostname> neues Adressformat IPv6 eingeführt, besteht aus 6 Bytes Rechner adressierbar = 340 Sextillionen Adressen genau: für jeden der 6.5 Mrd. auf der Erde lebenden Menschen

34 35 Subnetzmaske: Möglichkeit ein Netz in Unter -Netze zu teilen Ähnlich einer Vorwahl Vorteil: Teilnetze können bestimmten Institutionsteilen zugeordnet werden Vereinfacht die Suche nach IP-Adressen

35 36 Vergabe von IP Adressen statisch oder dynamisch statisch: IANA/ICANN Deutschland: DENIC: dynamisch durch Serverdienst: DHCP dynamicy host configuration protocol IANA - Internet Assigned Numbers Authority ICANN - Internet Corporation for Assigned Names and Numbers RIPE - Réseaux IP Européens DENIC - Deutsches Network Information Center IANA ARIN RIPE APNIC LACNIC AfriNIC DENIC

36 37 Spezielle IP Adressen lokaler Rechner (loopback) localhost private (nicht öffentliche) IP Adressen: siehe auch: ping

37 38 Domainnamen Anfangszeit des Internet: Adressierung nur über IP Adressen Alternativ: verteilte Datenbank zur Verwaltung vonnamen im Internet Idee: Jedes Teilnetz verwaltet einen Bereich von Namen und hat selbst Bereichsnamen (domain name)

38 39 Domainnamen Domainnamen bestehen aus mindestens zwei Komponenten: domain.topleveldomain, l i Beispiel: i ovgu.de subdomain.domain.topleveldomain, Beispiel: fgse.ovgu.de ToplevelDomain: ld bezeichnet geographischen h oder organisatorischen Bereich Beispiel: de Deutschland, edu education Zweite Komponente: Domain Bi il i db Beispiel: uni magdeburg vollständig: uni magdeburg.de

39 40 Toplevel ldomains Geographische: de, it, fr, cz, pl, eu Organisatorische: edu, biz, mil, gov, org, info, name Teilweise werden freiwillige Kategorien eingefügt Beispiel: ac.uk, co.uk Vergabe in Deutschland über DENIC siehe auch: nslookup

40 41 Dienste im Internet t Verschiedene Protokolle für verschiedene Aufgaben bzw. zur Realisierung verschiedener Dienste Internet stellt nur Kommunikationsinfrastruktur zur Verfügung Beispieldienste: WWW Dateitransfer Benutzung entfernter Rechner DNS ICQ

41 42 DNS Domain Name System verteilte Datenbank die den Namensraum der Adressen im Internet verwaltet Umsetzung von Domainnamen in IP Adressen (forward lookup) und umgekehrt (reverse lookup) Vorteile: dezentrale Verwaltung hierarchische Strukturierung des Namensraums in Baumform Eindeutigkeit der Namen Erweiterbarkeit i Quelle. Wikipedia

42 43 E Mail Mil zum Versand elektronischer Post verwendete Protokolle: SMTP Simple Mail Transfer Protocol POP 3 Post Office Protocol Version 3 IMAP Internet Message Access Protocol Anwendungen: Clients Anteil amglobalen Datenverkehr: ca. 7%

43 44 Client Port 25 (SMTP) Message Transfer System (MTS) SMTP Server POP3/ IMAP Server Port 110 (POP3) Client Port 143 (IMAP) Client SMTP (Simple Mail Transfer Protocol): Zuverlässiger Nachrichtentransfer Suche nach Ziel SMTP Server über DNS (Domain Name System) Weiterleitung dann lokale Auslieferung an POP3/IMAP Server

44 45 POP3 vs. IMAP POP3: Keine ständige Verbindung zum Mailserver erlaubt nur das Auflisten, Abholen und Löschen von E Mails am E Mail Server Keine Verwaltungsmöglichkeiten auf dem Server s werden heruntergeladen und vom Anwendungsprogramm verwaltet IMAP: s bleiben auf dem Server Gesamte Verwaltung erfolgt auf dem Server Vorteil: Mehrere Zugänge von unterschiedlichen Rechnern

45 46 Ports Adresskomponenten, in Netzwerkprotokollen k eingesetzt, um Datenpakete den richtigen Diensten zuzuordnen bei TCP: Portnummer 16Bit: Werte registrierte Ports (IANA), darüber frei Beispiel HTTP Port: HTTP 143 IMAP 5190 ICQ 20 FTP

46 47 weitere Dienste FTP zur Übertragung von Dateien Protokoll: FTP File Transfer Protocol Anwendungen: FileZilla, integriert in TotalCommander Telnet zur Benutzung entfernter Rechner Protokoll: Telnet Protocol SSH zur sicheren Benutzung entfernter Rechner Ähnlich Telnet aber mit verschlüsselter Datenübertragung Protokoll: SSH Protocol

47 48 Weitere Dienste Peer To Peer Systeme zum Austausch von Dateien BitTorrent, edonkey, emule, Gnutella, FastTrack Anteil am globalen Datenverkehr: ca. 24% Rechner, die Dienste in Anspruch nehmen und diese ebenfalls zur Verfügung stellen Internet Telephonie Direkte Internet Telefonie Voice over IP Anteil am globalen Datenverkehr: ca. 12%

48 49 World ldwide Web Weltweites Gewebe Weltweite durch Hyperlinks verwobene Dokumente Internet realisiert die Übertragung von Webseiten verwendete Protokolle: HTTP HyperText Transfer Protocol HTTPS HyperText Transfer Protocol Secure Anwendungen: Wbb Webbrowser Anteil am globalen Datenverkehr: ca. 43%

49 50 Total Sites Across All Domains Januar 1996 April

50 51 Organisation des WWW: W3C Auch: WWW Consortium: kümmert sich um Standardisierung und Normierung W3C keine zwischenstaatliche Organisa on legt keine ISO Normen fest Zusammenschluss verschiedener Mitgliedsorganisationen u.a.: Apple, AT&T, Intel, Microsoft, SAP, SUN

51 52 Organisation des WWW: W3C Leitung: MIT (USA), INRIA (Frankreich), Keio University (Japan) Gründung: 1994 Gründer und Vorsitzender: Tim Berners Lee deutsch österreichisches Büro: FH Potsdam Techniken (Auswahl): HTML, XHTML, XML, RDF, OWL, CSS, SVG, RSS Empfehlungen für barrierefreie Gestaltung von Webauftritten

52 53 HTTP Hypertext Transfer Protocol 1989 von Tim Berners Lee zusammen mit dem URL und der Sprache HTML entwickelt Zustandsloses Protokoll: nach erfolgreicher Datenübertragung wird Verbindung nicht aufrecht erhalten Sitzungsdaten gehen verloren Cookies für Speicherung der Sitzungsdaten t

53 54 HTTP Kommunikationsablauf Aktivieren des Links schickt an die Anfrage, die Ressource /infotext.html zurückzusenden Umsetzen des Namens über das DNS Protokoll in eine IP Adresse Senden einer Anforderung an den Webserver GET /infotext.html HTTP/1.1 Host: weitere Informationen in der Anfrage möglich

54 55 HTTP Kommunikationsablauf Antwort des Servers bestehend aus Header Informationen Inhalt der Nachricht = Webseiten Quellcode HTTP/ OK Server: Apache/ (Unix) PHP/4.3.4 Content-Length: (Größe von infotext.html in Byte) Content-Language: t de Content-Type: text/html Connection: close (Inhalt von infotext.html)

55 56 HTTP Statuscodes: Serverantworten, t die Informationen über Fehlermeldungen etc. liefern 200 OK: Die Anfrage wurde erfolgreich hbearbeitet b tund das Ergebnis der Anfrage wird in der Antwort übertragen. 201 Created: Die Anfrage wurde erfolgreich bearbeitet. Die angeforderte Ressource wurde vor dem Senden der Antwort erstellt. 400 Bad Request: Die Anfrage Nachricht war fehlerhaft aufgebaut. 401 Unauthorized: Die Anfrage kann nicht ohne gültige Authentifizierung durchgeführt werden. Wie die Authentifizierung durchgeführt werden soll wird im WWW Authenticate Header der Antwort übermittelt. 403 Forbidden: Die Anfrage wurde mangels Berechtigung des Clients nicht durchgeführt. Diese Entscheidung wurde anders als im Fall des Statuscodes 401 unabhängig von Authentifizierungsinformationen getroffen. 404 Not Found: Die angeforderte Ressource wurde nicht gefunden. Dieser Statuscode kann ebenfalls verwendet werden, um eine Anfrage ohne näheren Grund abzuweisen. 500 Internal lserver Error: Sammel Statuscode St t für unerwartete tt Serverfehler

56 57 Cookies Problem: Zustand einer Web Sitzung nicht oder nur auf dem WebServer speicherbar IP Adressen meist dynamisch vergeben Beispiel: Inhalt des Warenkorbs Lösung: Speicherung von Informationen zu einer Webseite auf dem Clientrechner Cookies Cookies: kurze Texte vom Webserver an den Webbrowser gesandt Vom Webbrowser in Datenbank gespeichert

57 The Web around Wikipedia ( ) 58

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