Das Internet - wie funktioniert es und was kommt danach?

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1 - wie funktioniert es und was kommt danach? 1

2 - Definition und Geschichte Umschreibung, Definitionen Menge von Rechnern, die über die ganze Welt verteilt sind und über eine Vielzahl von Subnetzen auf der Basis des IP-Protokollstacks miteinander kommunizieren Gesamtheit aller IP nutzenden Netze Alle Netze, die per erreichbar sind Geschichte Ursprünglich als dezentral organisiertes, störunanfälliges Netz für militärische Anwendungen konzipiert: erstes paketvermitteltes Netz, ARPANET, 1969 TCP/IP ab 1983: IP = Internet Protocol, TCP = Transmission Control Protocol Ab 1986 auch Teile für US-Wissenschaftsnetz genutzt Ab 1989 auch kommerzielle Nutzung durch Online-Diensteanbieter 2

3 Paketvermittlung im Internet Daten IP-Datenpakete Datagramm Kopf/Header Daten Verbindungslose Kommunikation Nachrichtenaustausch und Verbindungsauf-/abbau finden quasi gleichzeitig statt Gesendete Datenpakete enthalten nicht nur Nutzdaten, sondern im Header auch Ursprungs- und Zieladresse 3

4 Aufbau des Internet Clients = Rechner mit SW beim Anwender Server = Rechner mit SW beim Diensteanbieter Router Datenpaketvermittlungsstelle zur Vernetzung verschiedener Subnetze mittels IP-Protokoll Routing: Wahl des optimalen Datenpaketwegs in Abhängigkeit von Durchsatz, Gebühren, Verzögerung oder Bitfehlerrate Routing-Tabelle mit IP-Adressen anderer Router Netze bzw. Subnetze zwischen den Routern, bieten nur Übertragungskapazität Internet-Zugang für Clients Festverbindung POP = Point Of Presence 4

5 Internet-Netzstruktur Server Client LAN IP- Router IP- Router LAN a/b ISDN 64-kbit/s- Vermittlung ISDN ATM-Netz ATM- Vermittlung ATM ADSL POP IP- Router Client Festverbindung Transportnetz IP- Router IP- Router Server IP- Router Server IP-Router POP = Point Of Presence IP = Internet Protocol ADSL = Asymmetric Digital Subscriber Line IP-Netz ATM = Asynchronous Transfer Mode LAN = Local Area Network IP-Netz 5

6 POP (Point Of Presence) a/b ISDN ISDN- Vermittlung ISDN = Integrated Services Digital Network ADSL = Asymmetric Digital Subsciber Line PPP = Point to Point Protocol POP Internet Server ADSL a/b- Abschlüsse, Modems ISDN- Abschlüsse ADSL- Abschlüsse Datennetzschnittstelle PPP- Abschlüsse IP-Router 6

7 Rechner - POP-Kommunikation 1. Modemverbindung aufbauen 2. PPP-Protokollverbindung (Point to Point Protocol) aufbauen 3. Dynamische Zuweisung der IP-Adresse, Authentifizierung 4. IP-Pakete senden und empfangen 5. Freigabe der IP-Adresse 6. PPP-Verbindung beenden 7. Modemverbindung abbauen 7

8 Internet = IP-basiertes, sich aus Subnetzen bildendes Packetnetz, das Vermittlungs- und Transportnetze zur Übertragung der IP-Pakete nutzt Netz, das mit speziellen Protokollen arbeitet (IP, TCP etc.) und andere, darunter liegende Netze nutzt 8

9 Wegewahl/Vermittlung/Routing im Internet Vermittlung im Internet IP = Internet Protocol Verbindungsloser Nachrichtenaustausch, Datagramm-Dienst Für jedes Datenpaket neue Wegesuche korrekte Reihenfolge der IP-Pakete nicht sichergestellt Best Effort-Prinzip Quality of Service nicht vorhersagbar: Laufzeit eines IP-Pakets im Netz, Streuung der Verzögerungen, Paketverlustwahrscheinlichkeit Router informieren sich gegenseitig über die günstigsten Wege im Netz Routing- Protokolle IPv4-Adressen 4 Byte (4 Dezimalziffern) Adressierungsraum; z.b kennzeichnet Netz- und Rechnernummer weltweit eindeutig; theoretisch über 4 Milliarden Adressen fest oder dynamisch zugewiesen 9

10 IP-Datagramm Header-Länge More Fragments Don t Fragment 32 Bit Datagramm-Länge H e a d e r Version IHL Time to Live Identification Type of Service Protocol D F M F Source Address Destination Address Options (0 or more words) Total Length Fragment Offset Header Checksum 20 Byte 64 KByte typ Byte 0 bis 40 Byte Data Paketlebensdauer, max. 255 Zu verwendendes Transportprotokoll, z.b. TCP Ursprungsadresse Zieladresse 10

11 Transportsicherung im Internet TCP = Transmission Control Protocol Verbindungsorientierter Nachrichtentransport Handshake TCP-Verbindungen zwischen Endpunkten, sog. Sockets Socket = IP-Adresse + Port-Nummer TCP-Pakete: Nummerierung, Quittierung, erforderlichenfalls Wiederholung, Wiederherstellung der Reihenfolge PPP-Rahmen IP-Header TCP-Header Nutzdaten 11

12 Anwendungen im Internet elektronische Post Usenet: Diskussionsforen Internet Relay Chat: plaudern (chat) per Tastatureingaben Telnet: Zugriff auf entfernte Rechner File Transfer: Dateitransfer World Wide Web (WWW): Homepages abrufen File Sharing: Austausch von Dateien Peer to Peer 12

13 Adressierung bei Anwendungen im Internet Adressierung, z.b. Domäne der obersten Ebene DNS = Domain Name System ASCII-Zeichenkette binäre IP-Adresse Ursprünglich zentrale Datei mit Liste aller Rechner und IP-Adressen. Hosts holten sich nachts die Infos Heute: hierarchisches, auf Domänen aufgebautes Benennungsschema; implementiert als verteiltes Datenbanksystem Anwendung Name IP-Adresse lokaler Name Server Name Server Name Server der obersten Ebene der angef. Domäne 13

14 WWW (World Wide Web) Rechner (Server) mit Homepages, die über Hyperlinks miteinander vernetzt sind. Können über Adresse URL = Uniform Resource Locater Protokoll Servername Dateiname mittels Protokoll HTTP (HyperText Transfer Protocol) von Rechner mit Browser-SW (Client) angesprochen und angezeigt werden 14

15 HTML (Hyper Text Markup Language)-Seite anzeigen 1. URL in Browser eingeben 2. Browser fragt DNS nach der IP-Adresse von 3. DNS gibt die Antwort Browser baut zu Port 80 von eine TCP-Verbindung auf 5. Browser sendet Anfrage /visiting/views.html 6. Server sendet Datei views.html 7. TCP-Verbindung wird abgebaut 8. Browser zeigt Text von views.html an 9. Browser liest sequentiell alle Bilder von views.html ein und zeigt sie an, pro Bild TCP-Verbindung 15

16 Neue Entwicklungen bei Festnetzen Hochbitratige optische Transportnetze mit Glasfasern als Übertragungsmedium heute: 2,5 Gbit/s, max. 10 Gbit/s bei Punkt-zu-Punkt-Übertragungsstrecken zukünftig: 40 Gbit/s 160 Gbit/s Höherbitratige Teilnehmerzugänge mit Kupferkabeln: xdsl (Digital Subscriber Line), heute bis 8 Mbit/s mit Kupferkabeln und Glasfasern: zukünftig bis 52 Mbit/s nur Glasfasern: zukünftig mehrere 100 Mbit/s 16

17 Bandbreitenentwicklung bei Festnetzanschlüssen 17

18 Neue Entwicklungen bei IP-Netzen 1 Voice/Multimedia over IP (VoIP) (Bild-) Telefonie über IP-Netz Verbindungen/Sessions mit SIP (Session Initiation Protocol) + Audio-Kommunikation + Video-Kommunikation + Chat - Austausch schriftlicher Nachrichten + File Transfer - Übermittlung von Dateien + Instant Messaging - Austausch schriftlicher Kurzmitteilungen + Presence - Online-Status eines anderen Nutzers + Komfortable Adressierung + Mobilitätsunterstützung 18

19 VoIP 19

20 SIP-Verbindungsaufbau 20

21 Neue Entwicklungen bei IP-Netzen 2 Quality of Service in IP-Netzen geringe Verzögerungszeiten geringe Paketverlustraten Mobilitätsunterstützung: u.a. mit Mobile IP IPv6 16 Byte (8 Blöcke mit je 4 Hexadezimalziffern) Adressierungsraum; z.b. 4030:BC:0:267:1FF:FE01:7352 > Adressen Bessere Mobilitäts- und Sicherheitsunterstützung 21

22 Neue Entwicklungen bei Mobilfunknetzen GSM (Global System for Mobile communications) und GPRS (General Packet Radio Service) Internet-Zugriff vom Handy aus heute bis 170 kbit/s pro Nutzer in ganz Deutschland EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution) zukünftig bis 550 kbit/s pro Nutzer UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) zukünftig bis 2 Mbit/s pro Nutzer in Ballungsgebieten WLAN (Wireless Local Area Network) heute bis 5 Mbit/s pro Nutzer zukünftig bis 25 Mbit/s pro Nutzer an Hotspots 22

23 Migration bei UMTS Release 99 Release 4 Release 5 Release 6 Kernnetz wie bei GSM + GPRS Zugangsnetz UTRAN (Universal Terrestrial Radio Access Network) Höhere Datenraten USIM (UMTS Subscriber Identity Module) AMR Codec (Adaptive Multi- Rate) MMS (Multimedia Messaging Service) Location Services Inter Network Roaming Kernnetz mit IP- Transport Inter Release Roaming Kernnetz mit Internet Multimedia Subsystem (IMS) Multimedia over IP SIP HSDPA (High Speed Downlink Packet Access), höhere Datenraten Wideband AMR MBMS (Multimedia Broadcast/ Multicast Service) WLAN/ UMTS Interworking 23

24 Bandbreitenentwicklung bei mobilen Anschlüssen 24

25 Weitere Netzentwicklungen PANs (Personal Area Networks), z.b. mit Bluetooth-Funktechnik Ubiquitous Computing Ad-hoc Networks SDRs (Software Defined Radios) als universelle Endgeräte 25

26 der Zukunft RAN = Radio Access Network BS = Base Station FITL = Fiber In The Loop DSL = Digital Subscriber Line QoS = Quality of Service CS = Call Server SIP = Session Initiation Protocol MGW = Media Gateway SGW = Signalling Gateway zu Internet, UMTS zu ISDN, GSM/GPRS, UMTS MGW SGW Application Server IPv6-Kernnetz mit QoS, Mobility Resource Management SIP CS Zugangsnetz FITL, xdsl IP-orientiert, Funk BS RAN2 IP-orientiert, Funk BS RAN1 26

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