1. Einleitung und Überblick über Rechnernetze Beschreibung der Darstellungsschicht (ISO-Schicht 6) 21

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1 1. Einleitung und Überblick über Rechnernetze Wichtige Definitionen Historie des Internet Heutiger Stand Segmentierung Datensicherung Flusssteuerung Wegewahl (Routing) Ende-zu-Ende-Übertragung Das ISO-7-Schichten-Modell Indirekte Kommunikation im ISO-Modell Header und Trailer Beschreibung der Schichten im ISO-Modell Bitübertragungsschicht (Schicht 1) Datenraten verschiedener Netz-Technologien Sicherungsschicht (Schicht 2) MAC-Subschicht (Medium Access Control) LLC-Subschicht Vermittlungsschicht (Schicht 3) Transportschicht (Schicht 4) Sitzungsschicht (Schicht 5) Darstellungsschicht (Schicht 6) Anwendungsschicht (Schicht 7) Beschreibung der Darstellungsschicht (ISO-Schicht 6) Multimediale Daten Kompression von Graphik/Bild/Video-Daten Gliederung der Formate zur Datenspeicherung Prinzip der Kompression Grobgliederung der Kompressionsalgorithmen Feingliederung der Kompressionsalgorithmen Entropie-Kodierungen Quellen-Kodierungen Kanal-Kodierungen Hybride Kodierungen Verfahren der Entropie-Kodierung Verfahren der Quellen-Kodierung Verfahren der Kanal-Kodierung Verfahren der hybriden Kodierung Beschreibung der Entropie-Kodierungsverfahren Lauflängenkodierung Morsekode 32 0

2 Huffman-Kodierung Definition Entscheidungsbaum Algorithmus der Huffman-Kodierung Regeln zur Erstellung des Entscheidungsbaums Variable Length Integer-Kodierung Lempel-Ziv-Kodierung Arithmetische Kodierung Color-Lookup-Table-Kodierung Beschreibung der Quellen-Kodierungsverfahren Prädiktive Kodierung Transformationskodierung Diskrete Fouriertransformation (DFT) Mathematischer Hintergrund der DFT D-DFT für Bilder Schnelle Fouriertransformation (FFT) Diskrete Cosinustransformation (DCT) Vektorquantisierung Beschreibung der Kanal-Kodierungsverfahren Farb-Subsampling Subband-Kodierung JPEG (= Hybride Kodierung) Vorteile von JPEG Wichtige Begriffe in JPEG Farbraumdarstellung (Farbmodell) x:y:z-notation für Farb-Subsampling (CCIR-601) JPEG-Komponenten (Bild-Bestandteile) JPEG-Farb-Subsampling Dateneinheiten Minimal Coded Units (MCUs) MCUs aus einzelnen Komponentenelementen und Farb-Subsampling MCUs aus Blöcken von Komponentenelementen und Farb-Subsampling Kompression mittels diskreter Cosinustransformation (DCT) Verlustfreie Kompression in JPEG Prädikatormodi Verlustbehaftete Kompression in JPEG Sequentieller Modus Progressiver Modus Spektrale Variante des progressiven Modus Approximative Variante des Progressiven Modus Hierarchischer Modus Beschreibung des sequentiellen Modus von JPEG JPEG Blockvorbereitung Konvertierung in den Y-Cb-Cr-Farbraum Abspeicherung in drei JPEG-Komponenten 75 1

3 Farb-Subsampling Nullpunktverschiebung Aufteilung in Blöcke der Größe 8x DCT jedes Blocks Berechnung der DCT-Koeffizienten (Hintransformation) Graphische Darstellung der 2D-Basisfunktionen für die Helligkeitswellen Kompression im Fourierraum Kompression durch Quantisierung der Fourierkoeffizienten Wirkung der Quantisierung Prädiktive Kodierung des Gleichanteils Lauflängenkodierung der Wechselanteile Statistische Kodierung aller Koeffizienten MPEG (= Hybride Kodierung) Anwendungsbereiche MPEG MPEG MPEG Gemeinsame Eigenschaften von MPEG-1 und Unterschiede zwischen MPEG 1,2 und MPEG MPEG MPEG Übersicht MPEG MPEG-1/Video Bewegungskompensation Vorteile der Bewegungskompensation Wann sind zwei Macroblöcke ähnlich? Suche nach ähnlichen Macroblöcken Brute-force -Methode Methode mit mehreren Gittern Elimination der zeitlichen Redundanz Macroblock ohne Entsprechung MPEG-1-Frames Intracoded Frames (I Frames) Predicted Frames Bidirectional predicted Frames Rückwärtsverzeigerung bei B- Frames Problem bei B-Rahmen DC-coded Frames MPEG-Datenstrom Schichten des MPEG-Datenstroms: Block-Layer Makroblock-Layer Slice-Layer Picture-Layer Group-of-Picture-Ebene Sequenz-Layer 115 2

4 4.6. MPEG-1/Audio WIe funktioniert der MP 3-Player? MPEG1-Audio-Kanäle MPEG Blockschaltbild der MPEG2 Audio- und Video-Signalmischung MPEG-2/Audio MPEG MPEG-4-Kompressionsverfahren Anwendungsschicht (ISO-Schicht 7) Klassifizierung nach Diensten und Anwendungen Weitere Beispiele für Internet-Dienste Steuerungsprotokolle Vergleich zwischen dem ISO 7-Schichten-Modell und dem Internet Verzeichnisdienste (Namensdienste) Domain Name System (DNS) Abbildung von Rechnernamen auf Netzadressen bei DNS Root-Knoten im DNS DNS-Namen Der DNS-Namensbaum Realisierung des DNS Resource Records Zonen Namens auflösung Schema der rekursiven Namensauflösung Autoritativer Namens-Server Aufgaben des autoritativen Namens-Servers Anfragen an den autoritativen Name Server (Query) Aufbau des Query Headers Dateien, die jeder Name Server braucht Aufbau eines Resource Records Aufbau des Typ-Feldes eines Resource Records Beispiel einer manuellen DNS Query Telnet (Telecommunication Network) Telnet-Programme FTP (File Transfer Protocol) Sichere Übertragung bei FTP List Server (Electronic Mail) Benutzeragent Nachrichtentransferagent Beispiel für die Zustellung einer POP3-Protokoll (Post Office Protocol Version 3) IMAP (Interactive Mail Access Protocol) 155 3

5 SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) Beispiel für SMTP-Dialog MIME (Multipurpose Internet Mail Extensions) Quoted Printable Encoding ISO Tabelle Base64Encoding Typen von MIME- s (kleiner Auszug) World Wide Web (www) Was ist das www? Komponenten des www Die wichtigsten Ziele des www Zukünftige Entwicklung des www www als Hypermedium Was ist ein Hypermedium? Hypertext URL-Adressierung Einfaches URL-Format Komplexes URL-Format Aufruf einer statischen web-seite bei einem web-server Wichtige Web-Technologien Client-Server-Architektur HTML Java Servlet Java Portlets Java Server Pages (JSP) Applets Sonstige Open Source Technologien für das www Hypertext Transport-Protokoll HTTP-Entwurfsziele Nachteile von http HTTP-Transaktion (Phasen 1-4) Raum-/Zeitdiagramm des http-protokolls Connection Request Response Disconnection Beispiele von Elementen im Response-Header Unterschied zwischen http und REST Unterschied zwischen REST und WebDAV Middleware für verteilte Anwendungen im Internet Übersicht Status und Verwendbarkeit bekannter Middleware Das Network File System (NFS) Merkmale von NFS 196 4

6 7.3.2 Funktionsweise von NFS NFS-Protokoll (bis NFS-Version 3) Mount-Protokoll (bis NFS-Version 3) Netzwerk Lock-Manager und Lock-Protokoll (bis NFS-Version 3) Ab NFS-Version 4 (RFC 3530) NFS und Datensicherheit (security) Netzwerk Status-Monitor Das Common Gateway Interface (CGI) Erstellen einer dynamischen web-seite (Web-Formular) Dynamische web-seiten mit CGI Aufruf eines CGI-Programms für Formulare Parameterübergabe zwischen Web Client und Web Server CGI-Parameterformat Speicherung der Benutzereingaben Versteckte Felder Cookies Erstellen eines Cookies Bedeutung der Datenfelder in cookie.txt HTML-Kommando zur Cookie-Erstellung Remote Procedure Calls (RPCs) Definition von RPCs Eigenschaften von RPCs Unterschiede zu lokalen Prozeduraufrufen Inkompatibilitäten bei der Rechnerkommunikation Parameterübergabe bei RPCs Aufruf einer entfernten Prozedur Ablaufdiagramm des Fernaufrufs RPC-Aufruf inkl. der Betriebssystemdienste Zusammenbinden des Client mit dem RPC Server Statisches Binden Dynamisches Binden Signatur einer RPC-Funktion Beispiel SUN RPCs Automatische Stub-Code-Erzeugung für RPCs Verteiltes Binden von Client und Server Ablauf des verteilten Bindens Fehlersituationen bei RPCs RPC-Fehlersemantik Geschwindigkeit von RPCs Maßnahmen zur Effizienzsteigerungen bei RPCs Verminderung der Kopienzahl Einführen von Vater- und Kindprozessen Einführen von leichtgewichtigen Prozessen Zusammenfassung der Probleme bei RPCs Microsoft.net Virtuelle Maschinen Host OS und Guest OS Hypervisor 245 5

7 7.7.3 Virtual Machine Manager Probleme bei Virtuellen Maschinen Server-Virtualisierung Allgemein Paravirtualisierung Hardware-Virtualisierung Virtuelle Peripherie einer virtuellen Maschine Software-basierte I/O-Virtualisierung Hardware-basierte I/O-Virtualisierung Cloud Computing Das Cloud OS OpenStack 260 6