Grundlagen der Datenübertragung. Internet Technologie. Schichtenmodell. Netzwerkprotokolle. VO E-Commerce und Neue Medien. Internet Technologie

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1 Grundlagen der Datenübertragung Grundlagen der Datenübertragung Netzwerkprotokolle TCP/ und das Internet Client/Server-Anwendungen im Internet Internet-Dienste: Domain Name Service (DNS) FTP SMTP und POP World Wide Web Folie 1 Folie 2 Netzwerkprotokolle Schichtenmodell Regeln für die Kommunikation zwischen Rechnern Format der übertragenen Daten Beschreibung des Auf- und Abbaus einer Verbindung Schichtenmodell von aufeinander aufbauenden Protokollen Beispiele für (proprietäre) Netzwerkprotokolle SNA (Systems Network Architecture) von IBM TRANSDATA von SNI DNA (Digital Network Architecture) von DEC DCA (Distributed Communications Architecture) von Unisys... Folie 3 Folie 4

2 ISO/OSI Referenzmodell Beispiel LAN-Standard: Ethernet Application System Transport System Application Presentation Session Transport Network Data Link Physical Dienste (Dateitransfer, Mail) Transformation von Daten (Beispiel ASCII - EBCDIC) Auf- und Abbau von Sessions End-zu-End-Verbindung, Transport Adressen Wegewahl, Adressierung Zugang, Fehlerkontrolle Übertragungsmedium und Schnittstellen Maximale Übertragungsgeschwindigkeit 10 Mbit/s Zugriffsverfahren CSMA/CD Normiert IEEE (entspricht ISO ) Ethernet-Karten sind günstig (< ATS 1.000) Hersteller beispielsweise 3Com oder Western Digital. Hersteller vergeben weltweit einmalige Ethernet-Adressen (Beispiel 0a:47:b6:23:c2:8b) Jedes Paket ist für jede Station sichtbar (Broadcast-Netz) Beispiele für alternative LAN-Protokolle: TokenRing (4 und 16 Mbit/s), FastEthernet (100 Mbit/s), Gigabit Ethernet (1000 Mbit/s) Folie 5 Folie 6 Verbreitete Ethernet Topologien Übertragungsgeschwindigkeiten Thin Wire Ethernet (10Base-2) RG 58 Verkabelung (Koaxialkabel) Bus-Topologie Hohe Fehleranfälligkeit Hub TP Ethernet (10Base-T, 100Base-T) Twisted Pair Verkabelung Stern-Topologie mit Hub / Ethernet-Repeater Geringe Fehleranfälligkeit Folie 7 Maßeinheit ist Bit pro Sekunde (bit/s oder bps) Beispiel.: Übertragung einer Textdatei mit 100 KB (KiloByte) über eine Datenleitung die eine Durchflußrate von 10 kbps (KiloBit pro Sekunde) hat dauert nicht 10 Sekunden sondern 80 Sekunden. (100 KB = 800 KBit). Typische Bandbreiten Modem: 56 kbit/s ISDN: 128 kbit/s ADSL: 768 kbit/s bzw. 8 MBit/s FastEthernet 100 MBit/s ATM: 155 MBit/s - 1,2 Gbit/s GSM: 9,6kBit/s DECT: 12x32 kbit/s UMTS: 2MBit/s Infrarot: 1-10 Mbit/s Funk-LAN: 1-11 Mbit/s Satellitensysteme: OC-12 SONET 51,84 Mbps (OC-1) - 13,21 Gbit/s (OC-255) Folie 8

3 Entwicklung der Übertragungskapazitäten Die Protokollfamilie TCP/ ISO/OSI Application Presentation Session Transport Network Data Link Physical TCP/ Application Host-To-Host Transport Internet Standards & Protokolle FTP, SMTP, HTTP, TELNET, NEWS, GOPHER TCP, UDP ARP, SL over Ethernet, IEEE 802.3, X.25 Folie 9 Folie 10 Charakteristika der Internetprotokolle Entwicklung des Internet Protokolle sind offene Standards (Internet RFCs) Weitläufige Unterstützung der Protokolle => Verbindung unterschiedlicher Hardware ist kein Problem Implementierungen in zahlreichen Betriebssystemen Unabhängigkeit vom physischen Netzwerk (TCP/ ist über Ethernet, TokenRing, eine konventionelle Telefonleitung oder eine X.25-Verbindung einsetzbar) Weltweit einheitlicher Adressierungsmechanismus Standardisierte Protokolle auf Anwendungsebene (SMTP, HTTP) => herstellerunabhängige, konsistente, weitverbreitete Dienste. Folie 11 Folie 12

4 Verteilung der Last im Internet The Internet (as of October 2000) Die -Adresse Qualifizierte -Adresse - weltweit gültige Identifizierung 4 Byte getrennt durch drei Punkte Information über Netzwerk und Host: Netzwerk-Adresse Host-Adresse 1.4 Class A Adresse: 1. Byte < 128; 3 Bytes (24 Bit) für Hosts (0 und 127 sind reserviert) Class B Adresse: 128 < 1.Byte < 191; 2 Bytes für Hosts Class C Adresse: 191 < 1. Byte < 223; 1 Byte für Hosts [CAIDA 2001] Folie 14 Die Adresse Wichtige Bestandteile eines -Paketes Schematischer Aufbau -Adresse des Absenders -Adresse des Empfängers Portnummer Daten Diese -Pakete sind Grundlage aller Internetdienste. Die Port-Nummer dient zur Identifikation des Dienstes (Beispiel SMTP - Port 25) Abhängig von der Portnummer reicht die Netzwerksoftware des Empfängers das Paket an den zuständigen Prozeß weiter Die Daten sind ebenfalls abhängig vom Dienst (max. 64 KB). Beispiele: FTP: übertragene Datei TELNET: Gedrückte Taste SMTP: Nachricht Folie 15 Folie 16

5 Aufbau eines Paketes TCP und UDP Transmission Control Protocol Verbindungsorientiertes Protokoll Verbindungsaufbau durch 3-Weg Handshake Verläßliche Verbindung Beispiele FTP, SMTP User Datagram Protocol Verbindungsloses Protokoll Paket wird einfach abgeschickt, bei Bedarf wiederholt Minimaler Protokoll- Overhead Beispiele: PING TCP/ wird üblicherweise als Synonym für die Internet-Protokollfamilie verwendet! Folie 17 Folie 18 Ein kleines Internet Das Adress Resolution Protocol Gateway oder Router Jede Netzwerksoftware kennt die Adresse des Gateways Pakete in das fremde Subnetz werden an die Ethernet-Adresse des Gateways geschickt und von diesem abhängig von der -Adresse des Empfängers weitergeleitet Pakete im lokalen Subnetz werden direkt zugestellt Der Gateway hat zwei Netzwerkkarten, zwei Ethernet-Adressen und zwei -Adressen und kann zwischen unterschiedl. Netzen vermitteln. Folie 19 Internet To: Subject: Hallo Leute Date: April 23 Howdy Folks, -Paket a:3e:12:5f:40:2b a:3c:ab:27:44:1c Um die Ethernet-Adresse für ein ankommendes -Paket herauszufinden, macht der Router einen ARP-Broadcast an das gesamte Zielnetz Der Rechner mit der gesuchten - Adresse antwortet (ebenfalls Ethernet- Paket) So wird dynamisch eine Adreßtabelle aufgebaut Folie 20

6 Routing traceroute TokenRing Router X.25 öffentliches Netz Router Routing: Weiterleiten von Paketen über mehrere physische Netze hinweg und Auswahl alternativer Pfade zum Zielknoten. Router haben typischerweise mehrere Netzwerkschnittstellen, sind in Einschubbauweise ausgeführt und können somit -Pakete zwischen beispielsweise Ethernet, TokenRing oder öffentlichen Netzen weiterleiten. Die Netze muessen ab Schicht 3 ident sein. Folie 21 Folie 22 Prozeßkommunikation über TCP/ Protocol-Multiplexing mit Ports sendmail popper date Anwendungsprozeß 25 SMTP 110 POP 13 Daytime Socket - TCP oder UDP, einem Port zugeordnet sendmail popper date 25 SMTP 106 POP 16 Date sendmail popper date 25 SMTP 106 POP 16 Date TCP UDP TCP/ Netzwerksoftware Kartenspezifische Netzwerksoftware TCP UDP TCP UDP Folie 23 Folie 24

7 Client/Server-Kommunikation über TCP/ Datenübertragung mit FTP Server stellen ihre Dienste an sogenannten Well-Known-Ports zur Verfügung (Beispiel: 25 Sendmail) Portnummern bis 1024 sind reserviert für Standard-Dienste (FTP, TELNET, NNTP, SMTP, SNMP, HTTP...) Für Clients oder nicht-standardisierte Server werden freie Ports vorübergehend zugewiesen Server-Prozesse schlafen bis eine Anforderung eintrifft oder werden erst bei Bedarf gestartet Server-Prozesse identifizieren ihre Klienten anhand des Absenders (- Adresse und Port) Zuverlässiger und effizienter Dateitransfer Server-Prozeß an den Ports 20 und 21 (TCP) Klartext-Protokoll (Mit Hilfefunktion) Binäre (unveränderte) Übertragung von Daten oder Berücksichtigung unterschiedlicher CR/LF- Konventionen (ASCII) Weite Verbreitung durch Möglichkeit des anonymen Zugangs zu dafür vorgesehenen Dateien (Anonymous-FTP) RFC 959 RFC 1635 PUT GET FTP (20, 21) TCP Folie 25 Folie 26 SMTP und POP Das Domain-Name-System (DNS) SMTP SMTP Das SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) dient der Übertragung elektronischer Mail über eine bidirektionale TCP/-Verbindung Oft wird die Mail auf einem Mail-Server zwischengelagert, auf den dann mit POP (Post Office Protocol) zugegriffen wird SMTP (Port 25) und POP (Port 110) basieren auf TCP POP-Klienten (Beispiel Eudora) können auch problemlos über eine SL oder PPP- Verbindung Mail empfangen POP POP POP SMTP, POP (25, 110) TCP Top-Level Name-Server (Beispiel ns.nasa.gov) isis.wu-wien.ac.at Name-Server von.at (Beispiel ns1.univie.ac.at) Name-Server von.co.at (ns.austria.eu.net) gethostbyaddr Name-Server von eunet.co.at (ns.eunet.co.at) rudolph.wu-wien.ac.at DNS (53) UDP Folie 27 Folie 28

8 Funktionalität des DNS Das Domain-Name-System (DNS) Auflösung der Namen zu -Adressen und umgekehrt Ergebnisse von vorhergegangenen Anfragen werden zwischengespeichert DNS basiert auf UDP (Port 53) Neue Domains sind immer bei dem Betreiber der übergeordneten Domain zu registrieren Die hierarchische Organisation in Domains hat nichts mit der Aufteilung der Netzwerkadressen zu tun Dezentrale, hierarchisch organisierte Datenbank - bei großer Anzahl von Hosts leichter zu aktualisieren als zentraler Datenbestand Generic Countries int com edu gov mil org net jp us at... sun yale acm ieee ac co co ac eng cs eng jack jill keio nec univie ai linda cs csl ifs ani robot pc24 Folie 29 Folie 30 Integration von Diensten durch das WWW WWW-Folklore Hypertext (HTML) News-Artikel Dateitransfer Gopher-Menü Terminalemulation HTTP FTP NEWS 1989 Paper HyperText and CERN von Tim Berners-Lee am CERN 1990 Projektvorschlag am CERN (Erstmals World-Wide Web), Start der Entwicklung des ersten Browsers (NeXTStep und Line mode) 1991 Line mode Browser veröffentlicht, erste Referenzen in Newsgroups 1992 Erste Browser (Viola, Erwise) werden veröffentlicht 1993 Erste Alpha-Version des Mosaic for X von Marc Andreessen (Undergraduate Student), über 200 bekannte WWW-Server. Im Dezember erster Artikel über Internet und WWW in der NY-Times 1994 Marc Andreessen gründet Mosaic Communications Corp. Ab November Netscape Communications Inc Folie 31 Folie 32

9 Die Hypertext Markup Language <HTML> <TITLE>Kleines Demo</TITLE> <BODY> <H1>Hallo Leute!</H1> Der Uniform Resource Locator 1/2 Der URL spezifiziert auf einheitliche Weise den Ort und die Zugriffsmodalitäten eines Internetdienstes. <Dienst>:<Dienstspezifischer Teil> HTML ist einfach zu lernen: <UL> <LI> Inspiration mit <i>view/document Source </i> <LI> Übung macht den Meister </UL> </BODY> </HTML> HTTP Mail Default: Port 80 Standardisierung durch W3C Herstellerspezifische HTML Erweiterungen speziell von Netscape, und Microsoft sind weit verbreitet Folie 33 File file://<rechner>/<pfad> file://hallo.html Default: <Rechner> kann entfallen RFC 1738 Folie 34 Der Uniform Resource Locator 2/2 Das Hypertext Transfer Protocol (HTTP) FTP News Telnet Default: <User> anonymous, <Kennwort> guest, <Port> 21 news:<newsgroup> news:<message-id> news:comp.infosystems.www Spezifiziert nicht eine bestimte Resource! Default: <User> und <Kennwort> können entfallen, <Port> 23 Gopher gopher://<rechner>:<port>/<gopher-pfad> gopher://gopher.wu-wien.ac.at/ Default: <Port> 70, <Gopher-Pfad> kann entfallen Protokoll zur Übertragung von Daten beliebiger Struktur (Entitäten) über das Internet Baut auf TCP auf, die Verbindung wird jedoch nach jedem Transfer abgebaut (Zustandsproblematik!) Wichtigstes Einsatzgebiet: Transfer von Hypertext (Inhalt vom Typ text/html) Erweiterung auf andere Datentypen (Content-Types) mit Version HTTP/1.0 Datentypen entsprechen dem MIME- Format (Multipurpose Internet Mail Extensions) RFC 2616: Hypertext Transfer Protocol - - HTTP/1.1 (-> IETF) GET index.html <HTML> <TITLE> Abteilung für WI </TITLE>... HTTP (80) TCP Folie 35 Folie 36

10 HTTP im Detail HTTP Live Kommunikationsaufbau geht üblicherweise vom Klienten aus Nach der Antwort des Servers wird die Verbindung abgebaut Nach HTTP/1.0 drei verschiedene Anfragen von WWW-Klient an Server: GET Eine Entität wird angefordert HEAD Lediglich der Header einer Entität wird angefordert POST Eine Entität wird dem Server übergeben Anfrage kann mittels Request Header Fields näher spezifiziert werden Beispiel: If-Modified-Since: <Datum> überträgt eine Entität nur, wenn sie aktueller ist als das angegebene Datum Eine Entität kann mit einem Entity Header Field näher spezifiziert werden Beispiel: Content-length: <Länge> spezifiziert Länge der übertragenen Entität in Bytes Eine Anfrage oder eine Antwort kann mit einem General Header Field näher spezifiziert werden Beispiel: Date: <Datum> Datum und Zeitpunkt des Versendens der Nachricht Folie 37 Folie 38 HTTP Live HTTP Methoden Folie 39 Folie 40

11 HTTP Live HTTP Response Codes Folie 41 Folie 42 WWW und Mobilität WAP - Wireless Application Protocol Protokoll (HTTP, Hypertext Transfer Protocol) und Sprache (HTML, Hypertext Markup Language) des Web wurden nicht für mobile Anwendungen entworfen, daraus resultieren zahlreiche Probleme! Typische Datengrößen HTTP request: Byte Antworten typ. <10kByte, Kopf 160Byte, GIF 4,1kByte, JPEG 12,8kByte, HTML 5,6kByte aber auch viele sehr große Dateien, nicht vernachlässigbar Ziele Internet-Inhalte und erweiterte Dienste sollen zu mobilen Endgeräten (Telefone, PDA,...) geliefert werden Unabhängigkeit von Standards drahtloser Netze offen für alle, Vorschläge ( weltweite Protokollspezifikation ) werden Standardisierungsgremien vorgelegt Anwendungen sollen über aktuelle Transportmedien, Gerätetypen hinweg skalieren und auch auf zukünftige Entwicklungen anwendbar sein Folie Folie 44

12 WAP - Wireless Application Protocol Key Technology: Wireless Connectivity Plattformen beispielsweise GSM (900, 1800, 1900), CDMA IS-95, TDMA IS-136, Systeme der 3. Generation wie IMT-2000, UMTS, W-CDMA Forum WAP-Forum, mitgegründet von u.a. Ericsson, Motorola, Nokia, Unwired Planet Informationen unter Transfer Rate (Mbits/sec) Satellite Wireless Broadband Digital Cellular Radio Infrared PAN LAN MAN WAN Satellite Networks Globalstarwww.globalstar.com IRIDIUM Teledesic Wireless Broadband Networks Hiperlan WaveLAN Wireless ATM Digital Cellular Networks DECT GSM LMDS UMTS Radio Networks Bluetooth Infrared Networks IrDA Cordless Networks DECT Folie 45 Folie 46 Spektrum Elektromagnetischer Wellen Satellitensysteme Mobile User Link (MUL) Intersatellitenverbindung (ISL) Gateway Link (GWL) GWL MUL kleinere Zellen (Spotbeams) gesamtes Ausleuchtungsgebiet (Footprint) ISDN Bodenstation oder Gateway PSTN GSM PSTN: Public Switched Telephone Network Benutzerdaten Folie 47 Folie 48

13 Mobile Wireless LAN (z.b. IEEE-Standard ) HA 2 MN Mobiles Endgerät (Mobile terminal) Server Festes Endgerät (Fixed terminal) Infrastrukturnetz Heimatnetz Internet 3 Empfänger Zugangspunkt (Access point) 1 CN Sender FA Fremdnetz 1. Sender sendet an -Adresse von MobileNode (MN), Home Agent (HA) fängt Paket ab 2. HA tunnelt Paket an ForeignAgent (FA), durch Kapselung 3. FA leitet das Paket an MN weiter Folie 49 Anwendung TCP MAC MAC PHY PHY MAC PHY Anwendung TCP MAC PHY Folie 50 Bluetooth Konsortium: Ericsson, Intel, IBM, Nokia, Toshiba - viele Mitglieder Anwendungen Anbindung von Peripheriegeräten Lautsprecher, Joystick, Kopfhörer Unterstützung von ad-hoc-netzwerken kleine, billige Geräte Verbindung von Netzwerken e.g., GSM über Handy - Bluetooth - Laptop Einfacher, billiger Ersatz für IrDA, eingeschränkte Reichweite, niedrige Datenraten 2.4 GHz, FHSS, TDD, CDMA Folie 51 Literatur zum Thema Hansen, Neumann: Wirtschaftsinformatik I, 8. Auflage, Kapitel 12 Kerner, H.: Rechnernetze nach ISO. Addison-Wesley, 1. Auflage, Schiller, J.: Mobilkommunikation. Addison-Wesley 2000 Folie 52

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