Grundlagen der Telekommunikation und Multi- Media

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1 Elektronische Zahlungssysteme und Sicherheit Grundlagen der Telekommunikation und Multi- Media Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 1

2 Grundlagen der Telekommunikation Entwicklungstendenzen Internet WWW Multimedia Referenzmodelle, Protokolle und Dienste Standards, Topologien und Technologien Lit.: Müller, G.: et.al. 2003, Kap. 2, S , Kap. 3, S Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 2

3 Grundlagen der Telekommunikation Entwicklungstendenzen Internet WWW Multimedia Referenzmodelle, Protokolle und Dienste Standards, Topologien und Technologien Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 3

4 Architekturen und Ebenen ISO/OSI Application Layer Presentation Layer Session Layer Transport Layer Network Layer Data Link Layer Physical Layer TCP/IP Application Layer Host-To-Host Transport Layer Internet Layer Network Access Layer Standards & Protokolle FTP, SMTP, HTTP, TELNET, NEWS, GOPHER TCP, UDP IP ARP, IPover Ethernet, IEEE 802.3, X.25 Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 4

5 Phasen der Rechnerentwicklung Innovation Jahre Primäreffekte Sekundäreffekte 1. Phase Rechner 30er Schnelle Berechnung großer Datenmengen Rationalisierung der Wissenschaft 2. Phase Rechenanlagen 60er Verbilligung der Rechenzeit durch M ehrfachnutzung 3. Phase PC 80er Individualisierung und Dezentralisierung Weitere Kostenreduzierung 4. Phase Internet 90er Automatisierung von Verwaltungsabläufen Sammlung von Verwaltungsdaten Unterstützung disp ositiver Abläufe M ultimediale Informationsdarstellung Benutzerfreundlichkeit Integration weiterer M edien? Globale Kommunikation Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 5

6 Geschichte der Rechnernetze 1950 Hauptspeicher 64 KB BATCH-Betriebssystem, Einbenutzerbetrieb Programmierung in Assembler Peripherie: Lochstreifen 1960 Hauptspeicher 64 KB (Magnetkerne) BATCH, Multiprogramming, I/O-Kanäle PORTRAN, COBOL Magnettrommel, Magnetplatte, Magnetband, Lochkarten 1970 Hauptspeicher K B (Halbleiter/Magnetkerne) Virtueller Speicher, Paging Time-Sharing-Betriebssysteme Terminals für Systemprogrammierer Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 6

7 Geschichte der Rechnernetze (2) 1980 Hauptspeicher 1 MB (Halbleiter) Time-Sharing + TP-Monitor Terminal-Netze über Standleitungen Transaktionsverarbeitung On-Line am Terminal Magnetplatte, Magnetband 1990 Leistungsstarke Arbeitsstationen (PCs) mit 16 MB Hauptspeicher,10 MIPS, 1 M Bildpunkte Abteilungsrechner mit 100 MIPS Benutzerfreundliche Programme auf PCs UNIX, WINDOWS, MAC, LINUX PASCAL, C LAN, HSLAN, MAN, ISDN, X B-ISDN, ADSL Mobilität Phase 1 (UMTS, WLAN Spontane Vernetzung und Miniaturisierung Phase 2 Mobiles, Ubiquitous, Pervasive, autonomes Computing OBJEKTE WERDEN SMART Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 7

8 Grundlagen der Telekommunikation Entwicklungstendenzen Internet Entwicklung des Internets Heterogene Netzwerktechnologien Client-Server-Prinzip Domain-Name-System WWW Multimedia Referenzmodelle, Protokolle und Dienste Standards, Topologien und Technologien Middleware Neue Standards Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 8

9 Internet und WWW "the Internet is the entirety of all computers which are interconnected (using various physical networking technologies) and employ the Internet protocol suite on top of their networking systems Netzwerktechnologie / Client-Server-Prinzip Domain Name Service "the World Wide Web (WWW) is a distributed hypermedia system which is built on top of some of the services provided by the Internet Hyper = Verlinkung Media = Multimedia URI / URL Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 9

10 Entwicklung des Internets (1) Ziel: US-Verteidigungsministerium wollte ein Netz, das einen Atomkrieg zu überleben im Stande sein soll. Gründung der ARPA (Advanced Research Projects Agency) mit dem Ziel, vielversprechende Technologien dem Militär zugänglich zu machen. ARPA arbeitete eng mit Universitäten zusammen. Aufbau eines paketvermittelten Netzes, das verschiedene Netzwerke miteinander verband experimentelles Netz mit 4 Knoten an Universitäten Netz mit 35 Knoten, USA überspannend Entwicklung des TCP/IP-Protokolls durch Kahn und Cerf wurde TCP/IP zum Standard für das ARPANET. Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 10

11 Entwicklung des Internets (2) 1990 wurde das APRANET geschlossen und durch das NSFNET (US National Science Foundation) ersetzt. Schrittweise Öffnung des Netzes Immer mehr Personen und Länder, aber auch privat betriebene Netze erhielten einen Zugang zum NSFNET. Die Benutzerzahl stieg stark an bestand das Internet bereits aus Netzen mit über Rechnern. Wachstumsrate ca. 100% p.a Gründung der Internet Society. Massentauglich wurde das Internet durch die Erfindung der Hyperlinks, durch die das WWW entstand, sowie durch die Einführung von leicht bedienbaren Browsern (s.u.) Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 11

12 Heterogene Netzwerktechnologie (1) Peer-to-Peer Netzwerk - z.b. LAN Zentralrechnerkonzept - z.b. SNA (IBM) Client-Server Prinzip - z.b. Internet Siehe Telematik I, Kap. 7: Client-Server Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 12

13 Heterogene Netzwerktechnologie (2) Wie können unterschiedliche Netze miteinander verbunden werden? Verbindung homogener Teil- oder Subnetze durch sogenannte Router (auch paketvermittelnde Knoten, Zwischensysteme oder Datenvermittlungsstellen genannt) Verbindung heterogener Teilnetze durch sogenannte Gateways, die die Übersetzung übernehmen. Definition von Netzarchitektur, Protokollstapeln und Protokollen notwendig Schichtenmodell TCP / IP - Referenzmodell Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 13

14 Grundelement: Client-Server Prinzip (1) Im Internet werden Rechner nach dem Client-Server-Prinzip miteinander vernetzt. Client: allgemeines Anwendungsprogramm wird zum Client durch Dienstaufruf Nutzeraufruf, nur für eine Sitzung läuft lokal initiiert Kontakt mit Server Server: Spezialisiertes Programm für viele gleichzeitige Clients beim Booten automatisch aufgerufen läuft auf shared computer wartet auf Kontakt normalerweise mächtige Hardware viele Server auf einem Rechner möglich Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 14

15 Client-Server Prinzip (2) Zustandslos: Anfrage Aufruf Antwort (Bsp.: HTTP) Client Antwort Server Client Zustandsbehaftet: Verbindung (Bsp.: SSH) Client Client Server Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 15

16 Grundelement: Domain Name System (1) Wie werden Clients und Server im Internet eindeutig bezeichnet und auffindbar? Der Namensraum für das Internet ist definiert durch: IP-Adressen Internet-Protocol-Adressen 32-Bit Nummern (4x8 Bit) Bsp.: Domain Name System hierarchische Namen besser zu merken (anwendungsorientiert) durch logische Namensgebung (www, ftp, mail) längere Gültigkeit als Nummern (Reorganisationen) Bsp.: Abbildung des Namens auf eine IP-Adresse notwendig Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 16

17 Domain Name System (2) Die Domain Names im Internet sind hierarchisch organisiert. Top-Level Domains Verwaltung und Vergabe durch ICANN (Internet Corporation for Assigned Names and Numbers) Ländercodes nach ISO 3166 (z.b..de,.at,.li,...) generic Top-Level-Domains (.edu,.com,.org,.net,...) sieben neue generic Top-Level-Domains (.aero,.biz,.coop,.info,.museum,.name,.pro) Sub Domains Dezentrale Verwaltung durch jeweiligen Inhaber der Top-Level Domain. Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 17

18 Grundlagen der Telekommunikation Entwicklungstendenzen Internet WWW Entwicklung Hypermedia URI / URL HTTP Markup / HTML Multimedia Referenzmodelle, Protokolle und Dienste Standards, Topologien und Technologien Middleware Neue Standards Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 18

19 Entwicklung des WWW Entstehung des World Wide Web: CERN, Genf, 1989, Tim Berners Lee (Physiker): Ziele: Wissenschaftliche Dokumente online sichtbar machen Hypertext, Dokumentformat HTML, Protokoll HTTP Erster Browser und Server 1990 Leiter des WWW-Konsortiums (W3C) NCSA, Urbana-Champaign (Illinois), 1992, M. Andreessen: Erster GUI-Browser: Mosaic (1993) Nachfolger: Netscape 1.0 (1994) 1990: erste Implementierung Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 19

20 WWW als Hypermedia-System "Hyper" kommt durch die Verlinkung, Hypertext Dokumente keine sequentielle Präsentationsreihenfolge Dokument als Menge verbundener Ressourcen Format der Ressourcen Format der Verbindungen (Links) erste Systeme waren rein textbasiert zunehmende Bedeutung des Betrachters keine eindeutige Präsentation vorgegeben aktive Navigation statt passive Präsentation "Media" durch Multimediafähigkeit. Multimedia Dokumente Integration verschiedener Medientypen Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 20

21 Anforderungen an Hypermedia (1) Probleme, die für den Einsatz eines Hypermedia-Systems wie dem WWW gelöst werden müssen: Inhalt/ Präsentation Identifikation Information Bla bla bla Bla blabla Zugriff Information Bla bla bla InformationBla Information Bla bla bla Bla blabla blabla Bla bla bla Bla blabla Client Server Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 21

22 Anforderungen an Hypermedia (2) Tragfähige Infrastruktur (Netz, Hosts) Ressourcen-Identifikation oder "how to name a document eindeutige Kennzeichnung Auffindbarkeit in global verteilter Umgebung Uniform Resource Identifier (URI), Ressourcen-Zugriff oder "how to get a document Zugriff mit allgemein unterstütztem Verfahren einfache Methode (überall implementiert) Hypertext Transfer Protocol (HTTP), Ressourcen-Inhalt oder "the document format for hypertext allgemein verständliches Format Einbettung von Referenzen auf Ressourcen Unterstützung für verschiedene Typen von Ressourcen (Multimedia) Hypertext Markup Language (HTML) Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 22

23 HTTP - Sicherheit Transportinfrastruktur im Internet ist unsicher, der Aufbau einer sicheren Transportinfrastruktur durch Secure Sockets Layer (SSL) ist möglich. SSL definiert ein Protokoll mit den Eigenschaften Verbindungssicherheit Optionale Authentifizierung Anonymität Server-Authentifizierung Authentifizierung beider Parteien Zuverlässigkeit einer Verbindung Ziele von SSL Kryptografische Sicherheit Interoperabilität Erweiterbarkeit Anwendung (z.b. Browser) HTTP SSL Internetschicht (TCP/IP) Netzwerkschicht Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 23

24 Grundlagen der Telekommunikation Entwicklungstendenzen Internet und WWW Multimedia Grundbegriff Medium Perzeptionsmedium Medientypen in der Informatik Eigenschaften Multimedia Einsatz von Multimedia Referenzmodelle, Protokolle und Dienste Standards, Topologien und Technologien Middleware Neue Standards Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 24

25 Multimedia Multimedia ist ein altes Konzept der Informationsvermittlung Illustrationen (Bilder, Graphiken) in Büchern (umgangssprachlich) aber: problematisch für automatisierte Verfahren Technische Definition nach Steinmetz: Ein Multimediasystem ist durch die rechnergesteuerte, integrierte Erzeugung, Manipulation, Darstellung, Speicherung und Kommunikation von unabhängigen Informationen gekennzeichnet, die in mindestens einem kontinuierlichen (zeitabhängigen) und einem diskreten (zeitunabhängigen) Medium kodiert sind. Beachte: Umgangssprachlich werden bereits Systeme, in denen zwei verschiedene Medientypen (z.b. Text und Bild) verarbeitet werden können, Multimedia-Systeme genannt! Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 25

26 Grundbegriff Medium (1) Es existieren verschiedene Charakterisierungen für den Begriff Medium : Perzeptionsmedium Repräsentationsmedium Präsentationsmedium Speichermedium Übertragungsmedium Informationsaustauschmedium Im Rahmen der Vorlesung wird hauptsächlich die abstrakte Darstellung von Repräsentationsmedien behandelt. Ausführlich in Müller, G., Kapitel 2. Medientypen Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 26

27 Grundbegriff Medium (2) ( ) Perzeptionsmedium: Wie nimmt der Mensch Informationen auf? Abgeleitet von den menschlichen Sinnen: Hören und Sehen hören auditive Medien: Musik, Geräusch, Sprache sehen visuelle Medien: Text, Animation, Bewegtbild Repräsentationsmedium: Wie wird Information im Rechner kodiert? Beispiele: Text (ASCII-Kodierung) Audiodatenstrom (PCM -Kodierung) Einzelbild (JPEG-Format) Kombinierte Audi-Videosequenz (PAL, SECAM oder MPEG) Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 27

28 Grundbegriff Medium (3) Präsentationsmedium: Über welches bzw. mit Hilfe welches Mediums wird Information von einem Rechner ausgegeben oder in einen Rechner eingelesen? Schnittstelle Information-Rechner Ausgabemedien: Drucker, Bildschirm, Lautsprecher Eingabemedien: Tastatur, Kamera, Mikrofon, Maus Speichermedium: Wo bzw. worauf wird die Information gespeichert? Beispiel: Papier Mikrofilm Diskette Festplatte CD-ROM Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 28

29 Grundbegriff Medium (4) Übertragungsmedium: Worüber wird Information übertragen? Beispiel: Koaxialkabel Glasfaser Luft Informationsaustauschmedium: Welcher Informationsträger wird für den Austausch von Informationen zwischen verschiedenen Orten verwendet? Speichermedien (bei Zwischenspeicherung) Übertragungsmedien Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 29

30 Multimedia: Eigenschaften kontinuierlich Kommunikation rechnergesteuert unabhängig Integration Manipulation diskret Speicher Präsentation Quelle: nach Hertwich, Steinmetz 1992 Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 30

31 Multimedia: Interaktionsformen Interaktionsformen Mensch-Computer-Interaktion - Austausch von Informationen zwischen einem Menschen und einem technischen System Verbundene Schnittstellentechnologien und Begriffe Lochkarten, Tastatur, Kommando- und Befehlssprachen, Maus, Menütechnik, WYSIWYG, Icons, Track-Ball, Piktogramme, Windowtechnik Mensch-Medien-Interaktion Mensch-zu-Mensch-Interaktion - Der Computer dient als Mittler, nicht als Rechner strukturierter Aufgaben. - Kommunikation zwischen Menschen, die physikalisch nicht am selben Ort sind bzw. asynchron kommunizieren wollen. Mensch-Maschine-Symbiose Datenhandschuh, sprachgebundene Datenein-gabe, Datenhelm, Audio, Video, Multimedia Multimedia, virtuelle Realität, CSCW, Groupware, Audio, Video Personal Computing als Erweiterung der intellektuellen Fähigkeiten Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 31

32 Grundlagen der Telekommunikation Entwicklungstendenzen Internet und WWW Multimedia Referenzmodelle, Protokolle und Dienste Standards, Topologien und Technologien Middleware Neue Standards Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 32

33 Technisches Abstraktionsmodell Rechner 1 Rechner 2 Anwendungsprotokolle Medienfunktion Anwendungsfunktion Kommunikationsprotokolle Kommunikationsfunktion Anwenfunktion dungs- Medienfunktion Medienprotokolle Kommunikationsfunktion Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 33

34 Wirtschaftliches Schichtenmodell Schichttyp Anwendungsorientierte (nicht-technische) Schichten Aufbau der Schichtung A B Koordination Koordination Kooperation Kooperation Kommunikation Kommunikation Informationstechnische Schichten Anwendungsdienste Kommunikationsdienste Mediendienste Anwendungsdienste Kommunikationsdienste Mediendienste Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 34

35 Dienste Anwendungsprozeß A Anwendungsprozeß B Connectindication Connectresponse Connectconfirmation Connectrequest Kommunikationssystem Kommunikationssystem Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 35

36 Weiterführende Literatur Mueller, G. u.a.: Kap. 2. S Müller, G. u.a.: Kapitel 3, S Institut für Informatik und Gesellschaft, Abt. Telematik, Albert-Ludwigs -Universität Freiburg 36