Modul 3: Grundlegende Begriffe

Transkript

1 Modul 3: Grundlegende Begriffe 3.1 Verbindung 3.2 Protokoll 3.3 Netztopologie M. Leischner Rechnernetze SS 2004 Folie 1 Der Begriff der Verbindung Definition (ISO/IEC ): (N)-connection: an association requested by an (N+1)-entity for the transfer of data betweeen two or more (N+1)-entities. The association is established by the (N)-layer and provides explicit identification of a set of (N)-data-transmissions and agreement concerning the (N)-data-transmission services to be provided for the set. Definition (Konrad Froitzheim): Eine Verbindung ist der Kontext der Informationsübertragung (und damit eine Abstraktion der Shannon'schen Kanäle). Sie wird beschrieben durch die Eigenschaften der Informationsübertragung. Erbracht wird die Informationsübertragung durch Übertragungsdienste. Ü-Dienste kommunizierende Objekte in einer Kommunikationsbeziehung Verbindung M. Leischner Rechnernetze SS 2004 Folie 2

2 Verbindungsorientierte Kommunikation Verschiedene Klassen von Verbindungen (vgl. Froitzheim): feste Verbindungen: Die Verbindung besteht permanent. Der Kontext der Verbindung ist fest vorgegeben bzw. konfiguriert. Beispiel: Kabelnetz, schnurloses Telefon geschaltete Verbindungen: Die Verbindung (und ihr Kontext) wird zu einem bestimmten Zeitraum für eine bestimmte Dauer geschaffen. Beispiel: Mietleitung dynamische Verbindungen: Die Verbindung (und ihr Kontext) kann mit geringem Aufwand aufgebaut und wieder abgebaut werden. Der Kontext der Verbindung kann sich auch während der Verbindung dynamisch ändern. Beispiel: Telefonverbindung, ftp-session M. Leischner Rechnernetze SS 2004 Folie 3 Verbindungsorientierte Kommunikation Der Verbindungskontext wird bei Verbindungsaufbau aufgebaut und ausgehandelt Beispiele: Größe von Puffern ( TCP) Verwendete Algorithmen ( TLS) Verwendete Schlüssel ( TLS) Reservierte Netzressource (RSVP) Qualität / Preis der Verbindung ist konzeptionell der Verbindung zuzuordnen, wird real gespeichert bei den beteiligten Protokoll-Entitäten (z.b. Paketnummer bei TCP) im Netz selbst (z.b. reservierte Ressourcen bei RSVP) in speziellen Netz-Datenbanken (z.b. Client-Zertifikat bei TLS, DTD bei Business- Kommunikation) M. Leischner Rechnernetze SS 2004 Folie 4

3 Verbindungslose Kommunikation Für die Verbindung ist kein gemeinsamer Kontext der Kommunikationspartner notwendig. Die für die Kommunikation notwendige Information ist alleine in der Information selbst enthalten. Beispiele: Brief, , Paket Absender, Absendeort irrelevant für Kommunikation Begriffe: verbindungslose Netzwerke paketvermittelte Netze M. Leischner Rechnernetze SS 2004 Folie 5 Verbindungen in OSI (N)-Verbindung, (N)-connection: Verbindung zwischen (N)-peer-entities (N)-Verbindungsendpunkt, (N)-Connection end point (CEP): Ende einer N- Verbindung innerhalb eines N-SAP. (N)-CEP wird durch eigene Adresse innerhalb des (N)-SAPs identifiziert. Beispiel: <ip-address> TCP <port-no> "TCP-Verbindungsendpunkt" Con.-Req. Con.-Cnf. Con.-IND. Con.-RSP. (N+1)-Layer (N)-CEP (N)-SAP (N)-Layer M. Leischner Rechnernetze SS 2004 Folie 6

4 Multiplexing (allgemeine Begriffsbildung) Prinzip: gemeinsame Nutzung einer Verbindungs- oder Übertragungsressource technische Realisierung: Multiplexer und Demultiplexer Verbindung 1 Verbindung 2 Nutzung Mux Demux Verbindung/ Übertragungskanal Multiplexing <> OSI-Schichtenbildung Multiplexing kann sich über mehrere Ebenen erstrecken (SDH, PDH) > Multiplexhierarchie Es gibt verschiedene Verfahren des Multiplexings M. Leischner Rechnernetze SS 2004 Folie 7 Abbildung in zwei Richtungen: Multiplexing, Demultiplexing Versch. Arten des Multiplexings bei gemeinsamer Nutzung eines Ü-Kanals Raummultiplex "versch. Leitungen" Frequenzmultiplex "versch. Frequenzen" Kodemultiplex: "versch. Kodes" Zeitmultiplex: "verschiedene Zeitpunkte" Multiplexing von Verbindungen nach OSI Multiplexing/ Demultiplexing Aufwärts- Multiplexen Beispiel: TCP nutzt IP mittels Zeitmultiplexing (N+1)-Layer (N)-Layer Splitting / Recombining Abwärts- Multiplexen Beispiel: ISDN- Kanalbündelung (N+1)-Layer (N)-Layer M. Leischner Rechnernetze SS 2004 Folie 8

5 Begriff des Protokolls Ein Protokoll definiert sich über Syntax Frage: Wie sind die PDUs syntaktisch aufgebaut? Werkzeug: Byteweises Definition der Datenstrukturen, formale Sprache (ASN.1, XML) Semantik Frage: Was bedeuten die PDUs? Nach welchen Regeln läuft das Protokoll ab? Werkzeug: oft umgangssprachliche Formulierung, bisweilen auch semantische Modelle Timing Frage: Wann passiert was? Wie sind die zeitlichen Zusammenhänge? Werkzeug: Timervorgaben, steuernde Algorithmen, mathematische Modelle Sehr nützlich in diesem Zusammenhang sind endliche Automaten Eingabezeichen eingehende PDUs, Funktionsaufrufe Ausgabezeichen ausgehende PDUs, Funktionsaufrufe Zustndsübergangsfunktion Regelwerk M. Leischner Rechnernetze SS 2004 Folie 9 Semantikdarstellung eines Protokolls: endlicher Automat PDU SYN SYN erhalten SYN_ACK service primitive / Funktion warten auf SYN Prov_Abbr Prov_Abbr Stop Datenübertr Send_Data Zustand Zustandsübergang Eingabezeichen Ausgabezeichen M. Leischner Rechnernetze SS 2004 Folie 10

6 Netztopologie Netztopologie: Geometrische Grundstruktur, mit welcher Endgeräte zu einem Kommunikationsnetz verbunden werden. Die Verbindung erfolgt meist über kabelförmige Medien. Alternativen: drahtlose Verbindung (über die "Luft") oder virtualisierte Verbindungen (z.b. VLAN, "virtuelles LAN"). Beschreibungsgrößen für eine Netztopologie: Anzahl der Knoten (K) Anzahl der Leitungen (L) Anzahl der Schritte, nach der ein Knoten maximal / im Mittel erreicht wird. Bewertung einer Netztopologie: Aufwand für Änderungen (Hinzufügen, Enfernen eines Knotens) Zuverlässigkeit (Ausfall eines Knotens, einer Leitung, einer Koppelkomponente) Leistungsfähigkeit ("Durchsatz", "Verzögerung": genaue Fassung der Begriffe für eine differenzierte Betrachtung notwendig!) M. Leischner Rechnernetze SS 2004 Folie 11 Netztopologie: vollvermaschtes Netz Stellen Sie für ein vollvermaschtes Netz die Leitungszahl N als Funktion der Knotenanzahl N dar. M. Leischner Rechnernetze SS 2004 Folie 12

7 Netztopologie: teilvermaschtes Netz M. Leischner Rechnernetze SS 2004 Folie 13 Netztopologie: Baum Welche Knoten könnten im angegebenen Beispiel die Funktion eines Wurzelknotens übernehmen? M. Leischner Rechnernetze SS 2004 Folie 14

8 Netztopologie: Bus M. Leischner Rechnernetze SS 2004 Folie 15 Netztopologie: einfacher gerichteter Ring Welche Knoten könnten im angegebenen Beispiel die Funktion eines Wurzelknotens übernehmen? M. Leischner Rechnernetze SS 2004 Folie 16

9 Netztopologie: doppelter, gegenläufiger Ring beide Richtungen können in einem Kabel geführt werden Entwickeln Sie für eine doppelte, gegenläufige Ringtopologie ein Ausfallkonzept (Ausfall eines Knotens, einer Leitung oder eines Leitungspaars). M. Leischner Rechnernetze SS 2004 Folie 17 Netztopologie: Sterntopologie Wie lässt sich eine "logische" Ringtopologie als "physischer" Stern realisieren? sternförmige Ringtopologie Hub M. Leischner Rechnernetze SS 2004 Folie 18

10 Netztopologie: Hierarchisches Netz Core Network M. Leischner Rechnernetze SS 2004 Folie 19 Beispiel einer komplexeren Netztopologie: Koppelnetz Welche Systematik steht hinter der (Teil-) Vermaschung der Koppelnetzstufen im obigen Beispiel? Wie kann die Wegesuche erfolgen? Konzept Konzept von von Koppelnetzen: Koppelnetzen: Abbilden Abbilden einer einer Anzahl Anzahl von von Eingängen Eingängen auf auf eine eine Anzahl Anzahl von von Ausgängen. Ausgängen. Beispiel Beispiel rechts: rechts: Eingang Eingang Nummer Nummer 2 wird wird über über ein ein 3-stufiges 3-stufiges Koppelnetz Koppelnetz auf auf Ausgang Ausgang Nummer Nummer 4 abgebildet. abgebildet. Anwendung: Anwendung: ATM-Technik: ATM-Technik: Eine Eine ATM-Zelle ATM-Zelle wird wird durch durch ein ein ATM- ATM- Koppelnetz Koppelnetzgeschleust. M. Leischner Rechnernetze SS 2004 Folie 20

11 ENDE M. Leischner Rechnernetze SS 2004 Folie 21