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1 Datenkommunikation und Telematik Prof. Dr.-Ing. Thomas Zielke " Vorlesungs/ Übungszeiten: donnerstags, Uhr (fällt aus am ) Raum: S 3 Materialien: Vorlesungsfolien in Moodle verfügbar moodle.fb4.info Prüfung: Klausur SS

2 Kommunikation" Sprechstunde: siehe Aushang, bzw. nach Vereinbarung ( ) Raum S4 Telefon: Webseite: SS

3 Vorlesungsinhalte - Übersicht" Datenübertragungstechnik Netzwerkarchitekturen Internet Protokolle LAN-Technologien SS

4 Literaturempfehlungen" Christoph Meinel, Harald Sack, Internetworking, Technische Grundlagen und Anwendungen, Springer Verlag, ISBN: , Andrew S. Tanenbaum, Computernetzwerke, Prentice Hall Verlag, ISBN: , William Stallings, Data and Computer Communications, Prentice-Hall, Inc., ISBN: , 2008.(siehe auch: Carsten Vogt, Informatik, Eine Einführung in Theorie und Praxis, Spektrum Akademischer Verlag, ISBN: , Rainer Malaka, Dr. Andreas Butz, Heinrich Hussmann, Medieninformatik, Pearson Studium, ISBN: , G. Krüger und D. Reschke, Lehr- und Übungsbuch Telematik, Carl Hanser Verlag, ISBN: , Vorlesung Telematik (2009), Prof. Dr. Martina Zitterbart, Institut für Telematik, Universität Karlsruhe, Standard-Dokumente zu Internet-Protokollen: SS

5 Der Begriff Telematik" Telematik (im weiteren Sinne): Teilgebiet der Informatik, das sich mit der Kommunikation von Daten unter Nutzung technischer Mittel über ("größere") räumliche Entfernungen befasst. Tele- matik = Zusammenziehung aus Telekommunikation und Informatik (manchmal Tele- Informatik). Begriffsdefinition bei Telematik ist eine Technologie, welche die Technologiebereiche Telekommunikation und die Informatik verknüpft. Telematik ist also das Mittel der Informationsverknüpfung von mindestens zwei Informationssystemen mit Hilfe eines Telekommunikationssystems, sowie einer speziellen Datenverarbeitung. Der Begriff wurde von Nora und Minc (1978) im Rahmen ihrer Studie zur Informatisierung der Gesellschaft geprägt. Begriffsverwendung in Verbindung mit Anwendungen: Telematik im Verkehrswesen (Verkehrstelematik): rechner- und kommunikationsgestützte Verkehrsleit- oder Mautsysteme Medizintelematik (Telemedizin): Ferndiagnose, Patientenüberwachung, Tele-Chirurgie SS

6 Nachrichtentechnik - Telematik Informatik" Anwendungen SS

7 Telematik & Verteilte Systeme" Telematik stellt Basistechnologien für Verteilte Systeme bzw. Verteilte Betriebssysteme bereit. Datenverbund Ziel: Höhere Verfügbarkeit, bessere Plattenausnutzung Zugriff auf geographisch verteilte gespeicherte Daten Beispiel: WWW Funktionsverbund Ziel: Bereitstellung spezieller Funktionen an verschiedenen Stellen Zugriff auf Spezialrechner und Geräte Lastverbund Ziel: gleichmäßige Auslastung verschiedener Ressourcen Lastverteilung auf verschiedene Rechner Beispiel: Lastverteilung bei Datenbankservern Verfügbarkeitsverbund Ziel: Geringe Ausfallwahrscheinlichkeit (Redundante) Bereitstellung von Ressourcen, die bei Bedarf genutzt werden können ("Cloud Computing") SS

8 Der Begriff Daten" Darstellung von Sachverhalten (Fakten), Konzepten, Vorstellungen und Anweisungen in formalisierter Weise, die für die Kommunikation, Interpretation und die Verarbeitung durch Menschen und/ oder technische Mittel geeignet ist. Allgemeine Beispiele für Datendarstellungen: gesprochene Sprache Zeichen-/ Gebärden- Sprache geschriebene Sprache Modell zur Erzeugung von Daten durch den Menschen Meyers Lexikon: In der Informatik versteht man unter Daten Zeichenfolgen oder kontinuierliche Funktionen, die zum Zwecke der Verarbeitung Information darstellen. Konventionen zur Darstellung von Denkinhalten SS

9 Beispiele für alternative Darstellungen von "Denkinhalten" " Schrift: Eine Katze sitzt am Fenster Bild: Sprache: Zeichensprache: SMS:? SS

10 Der Begriff Signal" lexikon.meyers.de : Die physikalische Darstellung von Nachrichten oder Daten, durch die Information übertragen und gespeichert werden kann. Gegenstand der Nachrichtentechnik SS

11 Die Begriffe Information, Daten und Signal in der internationalen Norm ISO/IEC " information (in information processing) Knowledge concerning objects, such as facts, events, things, processes, or ideas, including concepts, that within a certain context has a particular meaning. data A reinterpretable representation of information in a formalized manner suitable for communication, interpretation, or processing. Note: Data can be processed by humans or by automatic means. signal A variation of a physical quantity used to represent data. SS

12 Der Begriff (Daten-) Kommunikation" Kommunikation bedeutet ursprünglich: Austausch von Daten zwischen menschlichen Kommunikationspartnern. Gemäß der eingeführten universellen Bedeutung des Begriffes "Daten" bedeutet dies: Jede konkrete Kommunikation ist eine Datenkommunikation. Literatur und Sprachgebrauch benutzen für die Datenkommunikation oft die engere Definition: Übermittlung - digitaler - Daten zwischen Telekommunikationsgeräten. In dieser Vorlesung wird der Begriff wie folgt festgelegt: Daten- (Tele-) kommunikation ist der Oberbegriff für jeden Datenaustausch über immaterielle Träger und größere Entfernungen zwischen Menschen und/oder Maschinen. immaterielle Träger: Energieflüsse, meist elektrische Ströme, elektromagnetische Wellen Gegensatz: materieller Datentransport (z.b. Brief, Versand von CD/DVD/Memory-Stick) SS

13 Einsatz technischer Mittel für Kommunikation" Beispiel: Modell einer Telefonkommunikation Beispiel: Modell einer Rundfunkkommunikation SS

14 Computergestützte Telekommunikation" Digitale Telekommunikation Digitalisierung aller Kommunikationsformen (Gesprochene Sprache, Musik, Text, Grafik, Festbild, Bewegtbild z.b. Video, Technische Daten) Ausrichtung auf Multimedia (Integration mehrerer Kommunikationsformen) Heute vorzugsweise für den Menschen als Empfänger Grundlage: Computer- Computer- Kommunikation Digitale Telekommunikation ist ausschließlich auf Mikroelektronik / Computer-Basis und damit durch Hard-/Software-Systeme der Telematik realisiert. Moderne Telekommunikationsnetze (unter Einschluss der Endgeräte) sind Computernetze (Computer Networks). SS

15 Kommunikationsbasis: vernetzte Systeme Zukunft "Internet der Dinge"?" SS

16 Das Internet als Summe vieler Netze (Netz der Netze)" Local Area Network" Metropolitan Area Network Wide Area Network" SS

17 Was ist das Internet?" Im Internet werden alle Nachrichten als "Pakete" (Frames) transportiert. Bildquelle: SS

18 Was ist das Internet?" Das Internet besteht aus: einer Menge von Computern, die dasselbe Netzwerkprotokoll TCP/ IP verwenden; irgendwie (direkt oder indirekt) miteinander verbunden sind; gewisse Dienste anbieten oder benutzen; einer Menge von Nutzern, die direkten Zugriff auf die angebotenen Dienste haben; einer Menge von weiteren, über sogenannte Gateways erreichbaren Netzen. Für alle Anwendungen gleich SS

19 TCP/IP - Protokolle (1) Internet Netzwerk-Software" TCP: Transmission Control Protocol IP: Internet Protocol TCP/IP ist eine Familie von Protokollen, die eine Anzahl von universellen Kommunikationsdiensten (services) definiert. Die Dienste können in einer standardisierten Form in der Netzwerksoftware implementiert werden. Datenpakete* (Nachrichten) * IP-Paketlänge: Byte SS

20 TCP/IP - Protokolle (2)" Philosophie der Datenübertragung im Internet: Alle Netzwerke sind unzuverlässig Die Endgeräte sorgen für fehlerfreie Übertragung Das "Transmission Control Protocol" TCP überprüft... die empfangenen Nachrichten auf Verfälschung, wiederholt... verlorene Nachrichten, sortiert... die Nachrichten am Empfänger (Reihenfolgeerhaltung), bremst... den Sender bei Netzüberlastung. Das "Internet Protocol" IP definiert... bemüht sich... garantiert nichts. weltweit eindeutige und einheitliche Adressen, die Nachrichten irgendwie zum Empfänger zu bringen, SS

21 Weltweites Internetworking" Ein Gateway /ˈgeɪtweɪ/ (englisch gateway) erlaubt es Netzwerken, die auf völlig unterschiedlichen Protokollen basieren, miteinander zu kommunizieren. SS

22 Erde online: Die Vernetzung der Welt SPIEGEL ONLINE " Die Erde im Netz: Die Grafik zeigt auf der Weltkarte die 460 Millionen IP-Addressen, die im Juni und Oktober 2012 auf die Anfrage geantwortet haben - nicht zu verwechseln mit einzelnen Geräten, denn hinter jeder IP-Adresse können sich mehrere Geräte verbergen. Die Farben geben einen Überblick über die weltweite Teilhabe am Netz, von blau (wenig) bis rot (viel). Die meisten Reaktionen kamen aus den hell leuchtenden Punkten in Metropolen wie Tokio, Seoul, Paris, New York, Washington und Sao Paolo. Fast dunkel bleiben dagegen etwa Zentralafrika, das australische Outback oder Nordkorea. SS

23 Internet-Hosts Rechnerzahl weltweit The ISC-Domain Survey attempts to discover every host on the Internet by doing a complete search of the allocated address space and following links to domain names. Aug. 81: 213 Feb. 86: Jan. 89: Jan. 91: Jan. 92: Jan. 11: SS

24 Anfänge des Internet" 1962 DoD (Department of Defense, "Pentagon"): Verteidigung hängt von der Kommunikation ab Experimentelles Rechnernetz mit drei Rechnern am MIT (Massachusetts Institute of Technology) aufgebaut ARPA (Advanced Research Project Agency) des DoD: Auftrag "Projektstudie ausfalltolerantes Paketnetz" an SRI (Stanford Research Institute) Verbindung von Rechnern über ein gemeinsames Medium. Ziel: Datenübertragung bei einem nuklearen Unfall Gründung der Network Working Group Die ersten vier weit entfernten Rechner werden miteinander verbunden: (UCLA - Los Angeles, UCSB - Santa Barbara, SRI - Stanford, University of Utah) Experiment: Einloggen in entfernte Rechner, Nutzung von Erste öffentliche Demonstration des Netzwerkes Erste Satelliten-Übertragungsstrecke (Hawaii-CA) Entwurf der TCP/IP-Protokolle zur Verknüpfung verschiedener Netze Abspaltung des MILnet (Military Network) vom ARPAnet Entwicklung des WWW (world wide web) basierend auf einer Erfindung am Physikforschungszentrum CERN (Genf). SS

25 Tim Berners-Lee, CERN Mosaic, Netscape HTML SS

26 World Wide Web Netzwerke, Protokolle und Inhalte" HTTP: HyperText Transfer Protocol HTML: HyperText Markup Language SS

27 SS

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