Rechnernetze und Internettechnologien

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1 Rechnernetze und Internettechnologien Dr. Harald Sack Institut für Informatik Friedrich-Schiller-Universität Jena Sommersemester

2 n Vorlesung Nr Grundlagen der Rechnervernetzung Dr.rer.nat. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut für Softwaresystemtechnik GmbH, Universität Potsdam, harald.sack@hpi.uni-potsdam.de 2

3 n 3. Grundlagen der Rechnervernetzung 3.1 Grundbegriffe der Rechnervernetzung 3.2 Paketvermittlung 3.3 Kommunikationsprotokolle und Referenzmodell 3.4 ISO/OSI-Referenzmodell 3.5 TCP/IP Referenzmodell 3.6 Internet Organisationen und Standards Dr.rer.nat. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut für Softwaresystemtechnik GmbH, Universität Potsdam, 3

4 n 3.1 Grundbegriffe der Rechnervernetzung Problem: Wie vernetzt man Computer miteinander? Punkt-zu-Punkt Verbindungen älteste Form der Vernetzung je zwei miteinander verbundenen Rechner verfügen über eigenen Kommunikationskanal (z.b. Mietleitung) wird heute nur noch für Fernnetze und Sonderfälle genutzt A Kommunikationskanal C Kommunikationskanal Kommunikationskanal Dr.rer.nat. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut für Softwaresystemtechnik GmbH, Universität Potsdam, harald.sack@hpi.uni-potsdam.de 4 B

5 n 3.1 Grundbegriffe der Rechnervernetzung Vorteile der Punkt-zu-Punkt Verbindung wahlfreie Benutzung der Kommunikationshardware Kommunikationskanal ist stets frei verfügbar Protokolle, Datenformate, Fehlererkennung zwischen den Kommunikationspartnern sind frei wählbar Protokolle und Sicherheitsmechanismen sind einfach zu implementieren Dr.rer.nat. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut für Softwaresystemtechnik GmbH, Universität Potsdam, 5

6 n 3.1 Grundbegriffe der Rechnervernetzung Nachteile der Punkt-zu-Punkt Verbindung: es ist schwierig, mehr als zwei Computer miteinander kommunizieren zu lassen für n Computer ergibt sich ein quadratischer Anstieg der benötigten Direktverbindungen! # Rechner # Kabel Bsp.: 23 Rechner --> 253 Kabel Dr.rer.nat. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut für Softwaresystemtechnik GmbH, Universität Potsdam, harald.sack@hpi.uni-potsdam.de 6

7 n 3.1 Grundbegriffe der Rechnervernetzung Idee: Verwende gemeinsam genutzte Kommunikationskanäle Ende der 60er Jahre kehrte man vom Punkt-zu-Punkt Verbindungsschema ab und führte die so genannten "Local Area Networks - LANs" ein LANs basieren alle auf folgender Grundidee: gemeinsame Nutzung des Netzwerks. Computer senden abwechselnd Datenpakete über ein gemeinsames Kommunikationsmedium Dr.rer.nat. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut für Softwaresystemtechnik GmbH, Universität Potsdam, harald.sack@hpi.uni-potsdam.de 7

8 n 3.1 Grundbegriffe der Rechnervernetzung Computernetzwerke lassen sich nach Reichweite und Größe in unterschiedliche Kategorien einteilen WAN - Wide Area Network Vernetzung von mehreren Städten, Ländern, Kontinenten (skalierbar) MAN - Metropolitan Area Network Vernetzung einer Stadt LAN - Local Area Network Vernetzung von Gebäuden PAN Personal Area Network Mini-Vernetzung im persönlichen Umfeld Dr.rer.nat. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut für Softwaresystemtechnik GmbH, Universität Potsdam, harald.sack@hpi.uni-potsdam.de 8

9 n 3.1 Grundbegriffe der Rechnervernetzung Kommunikation und Datenübertragung (1/3) Grundkomponenten jeder Kommunikation sind auszutauschende Nachrichten Sender und Empfänger Kommunikationsmedium Medium zur Übertragung der Nachrichten Kommunikation kann stattfinden, wenn Nachricht darstellbar in kommunizierbaren Zeichen Zeichen transformierbar in übertragbare physikalische Signale Empfänger kann empfangene Signale deuten und ursprüngliche Bedeutung der Nachricht erschließen Dr.rer.nat. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut für Softwaresystemtechnik GmbH, Universität Potsdam, 9

10 n 3.1 Grundbegriffe der Rechnervernetzung Kommunikation und Datenübertragung (2/3) Sind die Kommunikationspartner Computer, spricht man von Datenübertragung Kommunikation erfolgt über Datenverbindungen Verbundene Rechner bilden ein Rechnernetz oder Netz System der Datenverbindungen heißt Übertragungsnetz oder Netzwerk Rechner müssen bei der Kommunikation bis ins kleinste Detail festgelegten Vorschriften den Kommunikationsprotokollen - folgen Rechner können direkt miteinander verbunden sein oder indirekt über verschiedene Zwischenkomponenten Dr.rer.nat. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut für Softwaresystemtechnik GmbH, Universität Potsdam, harald.sack@hpi.uni-potsdam.de 10

11 n 3.1 Grundbegriffe der Rechnervernetzung Kommunikation und Datenübertragung (3/3) Endsystem Rechner A Internet Netzwerk 3 Endsystem Rechner B Verbindung Netzwerk 1 Netzwerk 2 Zwischensystem, Vermittlungsstelle Vermittlungsrechner Dr.rer.nat. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut für Softwaresystemtechnik GmbH, Universität Potsdam, harald.sack@hpi.uni-potsdam.de 11

12 n 3.1 Grundbegriffe der Rechnervernetzung Welche Arten der Rechnerkommunikation lasen sich unterscheiden? 1:1 Verbindung - Unicast 1:alle Verbindung - Broadcast 1:viel Verbindung - Multicast Wie lassen sich diese Kommunikationsvarianten effizient umsetzen? Dr.rer.nat. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut für Softwaresystemtechnik GmbH, Universität Potsdam, harald.sack@hpi.uni-potsdam.de 12

13 n 3.1 Grundbegriffe der Rechnervernetzung Unicast 1:1 Kommunikation (1 Sender 1 Empfänger) Sender Empfänger z.b. klassisches Telefongespräch, persönlicher Brief,... Dr.rer.nat. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut für Softwaresystemtechnik GmbH, Universität Potsdam, harald.sack@hpi.uni-potsdam.de 13

14 n 3.1 Grundbegriffe der Rechnervernetzung Broadcast 1:alle Kommunikation (1 Sender alle Empfänger) Sender Empfänger Empfänger Empfänger Empfänger Empfänger Empfänger Empfänger Empfänger z.b. klassische Massenmedien Zeitung, Rundfunk,... Dr.rer.nat. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut für Softwaresystemtechnik GmbH, Universität Potsdam, 14

15 n 3.1 Grundbegriffe der Rechnervernetzung Multicast 1:viele Kommunikation (1 Sender Gruppe von Empfängern) Sender Empfänger Empfänger Empfänger Empfänger z.b. Telefonkonferenz, Pay-TV,... Dr.rer.nat. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut für Softwaresystemtechnik GmbH, Universität Potsdam, 15

16 n 3.1 Grundbegriffe der Rechnervernetzung Sicherheit in Rechnernetzen verschiedene Aspekte der Sicherheit spielt wesentliche/entscheidende Rolle für die Nutzung Rechnernetzen Geschlossene Netze bilden eigenständiges Inselnetzwerk, auf die ohne physikalischen Zugang nicht zugegriffen werden kann Offene Netze verfügen über Anschluss an weltweites Internet und bieten so Zugriff von außerhalb Offene Netze sind einer Vielzahl von Bedrohungen ausgesetzt Dr.rer.nat. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut für Softwaresystemtechnik GmbH, Universität Potsdam, 16

17 n 3.1 Grundbegriffe der Rechnervernetzung Leistungskenngrößen von Rechnernetzwerken (1/6) Messgrößen zur objektiven quantitativen und qualitativen Beschreibung der Leistungsfähigkeit eines Rechnernetzes heißen Leistungskenngrößen Dienstgüte QoS (Quality of Service) beschreibt Leistung eines Netzwerkdienstes. Dienstgüteattribute sind Durchsatz oder Throughput - zugesicherte Menge von Nutzdaten, die pro Zeiteinheit fehlerfrei übertragen werden. Maßeinheit: bps (bits per second) Verzögerung oder Delay - zugesicherte maximale Zeit zwischen Start und Abschluss einer Datenübertragung Dr.rer.nat. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut für Softwaresystemtechnik GmbH, Universität Potsdam, harald.sack@hpi.uni-potsdam.de 17

18 n 3.1 Grundbegriffe der Rechnervernetzung Leistungskenngrößen von Rechnernetzwerken (2/6) Leistungsschwankungen sind Abweichungen von zugesicherter Maximalleistung Jitter Schwankungen bei der Verzögerung asynchrones Verhalten Verweildauer der Pakete im Netz völlig unbestimmt synchrones Verhalten Verweildauer unbestimmt aber nach oben begrenzt isochrones Verhalten gleiche Verweildauer für alle Pakete zugesicherte maximale Zeit zwischen Start und Abschluss einer Datenübertragung Dr.rer.nat. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut für Softwaresystemtechnik GmbH, Universität Potsdam, 18

19 n 3.1 Grundbegriffe der Rechnervernetzung Leistungskenngrößen von Rechnernetzwerken (3/6) Zuverlässigkeit Parameter zur Zuverlässigkeit der angebotenen Netzdienstleistung Vollständigkeit alle gesendeten Datenpakete erreichen ihr Ziel wenigstens einmal Eindeutigkeit gesendete Daten erreichen ihr Ziel höchstens einmal Reihenfolgeeinhaltung Pakete erreichen ihr Ziel in Sendefolge Dr.rer.nat. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut für Softwaresystemtechnik GmbH, Universität Potsdam, 19

20 n 3.1 Grundbegriffe der Rechnervernetzung Leistungskenngrößen von Rechnernetzwerken (4/6) Bitfehlerrate ist Maß für Übertragungsfehler über Zeitraum gemessenes Verhältnis (fehlerhafte übertragene Bits) / (Gesamtzahl Bits) Zwei Ansätze zum Umgang mit Fehlern: fehlererkennende Codes zur Veranlassung einer Übertragungswiederholung fehlerkorrigierende Codes ermöglichen automatische Rekonstruktion im Fehlerfall fügen dem übertragenen Datenpaket jeweils Redundanz hinzu Wichtige Verfahren: Paritätsbits, Hamming Code, Matrix Paritätsprüfung, Prüfsummenverfahren, Blockcodes, Faltungscodes Dr.rer.nat. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut für Softwaresystemtechnik GmbH, Universität Potsdam, harald.sack@hpi.uni-potsdam.de 20

21 n 3.1 Grundbegriffe der Rechnervernetzung Leistungskenngrößen von Rechnernetzwerken (5/6) Sicherheit Parameter für Unversehrtheit und Authentizität der übertragenen Daten Vertraulichkeit unberechtigte Dritte können Kommunikation nicht einsehen Integrität Garantie für Unversehrtheit der empfangenen Daten Authentizität empfangene Nachricht stammt tatsächlich vom angegebenen Sender Verbindlichkeit Nachweis einer stattgefundenen Kommunikation Verfügbarkeit angebotenes Dienstangebot kann tatsächlich genutzt werden Dr.rer.nat. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut für Softwaresystemtechnik GmbH, Universität Potsdam, 21

22 n 3.1 Grundbegriffe der Rechnervernetzung Leistungskenngrößen von Rechnernetzwerken (6/6) Qualitative Leistungskriterien Verfügbarkeit / Availability Netz steht Nutzer tatsächlich zur Verfügung; gemessen in Prozent von 24 Stunden pro Tag, 365 Tage im Jahr Brauchbarkeit / Usability Zufriedenheit der Nutzer - schwer messbar Kompatibilität Nutzbarkeit der Netzschnittstellen für Anwender Sicherheit Zusammenfassung mehrerer Kriterien im Hinblick auf Netzsicherheit Skalierbarkeit Anpassungsfähigkeit an veränderten Umfang Handhabbarkeit laufende Überwachung und Anpassung des Netzwerks Dr.rer.nat. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut für Softwaresystemtechnik GmbH, Universität Potsdam, harald.sack@hpi.uni-potsdam.de 22

23 n 3. Grundlagen der Rechnervernetzung 3.1 Grundbegriffe der Rechnervernetzung 3.2 Paketvermittlung 3.3 Kommunikationsprotokolle und Referenzmodell 3.4 ISO/OSI-Referenzmodell 3.5 TCP/IP Referenzmodell 3.6 Internet Organisationen und Standards Dr.rer.nat. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut für Softwaresystemtechnik GmbH, Universität Potsdam, 23

24 n 3.2 Paketvermittlung Leitungsvermittlung (1/3) Herkömmliche geschaltete Verbindungen A Relaisknoten Relaisknoten Relaisknoten B Relaisknoten Switched Circuit z.b. Telefonnetz Dr.rer.nat. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut für Softwaresystemtechnik GmbH, Universität Potsdam, harald.sack@hpi.uni-potsdam.de 24

25 n 3.2 Paketvermittlung Leitungsvermittlung (2/3) Herkömmliche geschaltete Verbindungen A Relaisknoten Relaisknoten Relaisknoten B Relaisknoten Ausfall eines Relaisknoten Dr.rer.nat. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut für Softwaresystemtechnik GmbH, Universität Potsdam, harald.sack@hpi.uni-potsdam.de 25

26 n 3.2 Paketvermittlung Leitungsvermittlung (3/3) Herkömmliche geschaltete Verbindungen A Relaisknoten Relaisknoten Relaisknoten B Relaisknoten Verbindung bricht zusammen Dr.rer.nat. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut für Softwaresystemtechnik GmbH, Universität Potsdam, harald.sack@hpi.uni-potsdam.de 26

27 n 3.2 Paketvermittlung Paketvermittlung (1/3) nutze das gesamte Netzwerk (alle Wege ) zerlege die Nachricht zum Senden in einzelne Pakete setze die Nachricht beim Empfänger wieder zusammen Übertragung Nachricht Übertragung Nachricht Übertragung zerlegen zusammensetzen Netzwerke auf dieser Basis heißen Paketvermittlungsnetze (Packet Switching Networks). Dr.rer.nat. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut für Softwaresystemtechnik GmbH, Universität Potsdam, harald.sack@hpi.uni-potsdam.de 27

28 n 3.2 Paketvermittlung Paketvermittlung (2/3) Netzwerke auf dieser Basis heißen Paketvermittlungsnetze (Packet Switching Networks). A Relaisknoten Relaisknoten B Paul Baran (1960) Relaisknoten Relaisknoten Die Grundidee der Packet Switching Netzwerke stammt aus den frühen 60er Jahren Leonard Kleinrock (1961) Dr.rer.nat. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut für Softwaresystemtechnik GmbH, Universität Potsdam, harald.sack@hpi.uni-potsdam.de 28

29 n 3.2 Paketvermittlung Paketvermittlung (3/3) Nachricht wird dazu in einzelne Pakete zerlegt Fragmentierung Nachricht Damit die Ursprungsnachricht am Ziel wieder korrekt zusammengesetzt werden kann, muss das Paket Zusatzinformationen enthalten: Adressinformation ( wohin soll das Paket?) Paketnummer ( wie kann die Ursprungsnachricht wieder zusammengesetzt werden?) Fehlererkennung/-korrektur ( ist etwas verloren gegangen?) Dr.rer.nat. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut für Softwaresystemtechnik GmbH, Universität Potsdam, harald.sack@hpi.uni-potsdam.de 29

30 n 3.2 Paketvermittlung Fehlererkennung bei der Paketvermittlung: System versendet kleine Mengen zusätzlicher Informationen zusammen mit den Daten: Zusatzinfo Nutzdaten Datenpaket Sender erzeugt zusätzliche Information aus den Nutzdaten eines Pakets (z.b. Paritätsprüfung - Parity Check, Prüfsummen und zyklische Redundanzprüfung CRC, Kombination von Blöcken) Empfänger führt gleiche Berechnung an den empfangenen Nutzdaten durch, um Übertragungsergebnis zu prüfen. Dr.rer.nat. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut für Softwaresystemtechnik GmbH, Universität Potsdam, harald.sack@hpi.uni-potsdam.de 30

31 n 3.2 Paketvermittlung Vorteile der Paketvermittlung Gemeinsam genutztes Kommunikationsnetz (Kostenersparnis) Hohe Netzauslastung Gleichberechtigten und fairen Zugang für alle Teilnehmer angeschlossene Geräte versenden abwechselnd der Reihe nach jeweils ein Paket (Zeitmultiplexverfahren) Geringe Wartezeit, da Pakete viel kleiner als Gesamtnachricht Einfacheres und schnelleres Entdecken und Beheben von Übertragungsfehlern Hohe Ausfallsicherheit Vereinfachung der Kommunikation zwischen Sender und Empfänger Dr.rer.nat. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut für Softwaresystemtechnik GmbH, Universität Potsdam, 31

32 n 3.2 Paketvermittlung Nachteile der Paketvermittlung Überlast (Congestion) da Übertragungsrouten nicht festliegen, kann es zur Überlastung bei einzelnen Vermittlungsstationen kommen vorhandener Zwischenspeicher läuft über, Pakete gehen verloren komplexes Kommunikationsprotokoll Datenübertragung bei Leitungsvermittlung ist vollkommen transparent, Teilnehmern können kommunizieren, wie sie wollen. Bei Paketvermittlung müssen alle Netzteilnehmer gleichem Netzwerkprotokoll folgen keine Dienstgütegarantie keine konstante Bandbreite über Übertragung garantiert, Verzögerung kann relativ groß werden Dr.rer.nat. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut für Softwaresystemtechnik GmbH, Universität Potsdam, 32

33 n 3.2 Paketvermittlung Auch paketvermittelte Netze können neben verbindungslosen und verbindungsorientierte Netzwerkdienste anbieten: verbindungsloser Dienst die einzelnen Pakete einer Nachricht werden unabhängig voneinander auf eigenen Wegen durch das Netzwerk transportiert verbindungsorientierter Dienst vor Übertragung der Pakete einer Nachricht wird virtuelle Verbindung aufgebaut entlang der dann alle Pakete übertragen werden Vorteile - Vertauschung der Pakete ist unmöglich / Entscheidung über Senderoute wird nur einmal getroffen (beim Aufbau der Verbindung) Nachteil Zuordnung der Betriebsmittel ist starrer / Reaktion auf Überlast oder Leitungsausfall weniger flexibel Dr.rer.nat. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut für Softwaresystemtechnik GmbH, Universität Potsdam, harald.sack@hpi.uni-potsdam.de 33

34 n 3. Grundlagen der Rechnervernetzung 3.1 Grundbegriffe der Rechnervernetzung 3.2 Paketvermittlung 3.3 Kommunikationsprotokolle und Referenzmodell 3.4 ISO/OSI-Referenzmodell 3.5 TCP/IP Referenzmodell 3.6 Internet Organisationen und Standards Dr.rer.nat. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut für Softwaresystemtechnik GmbH, Universität Potsdam, 34

35 n 3.3 Kommunikationsprotokolle und Referenzmodell Netzprotokoll oder Kommunikationsprotokoll (1/3) Sammlung von Vereinbarungen und Regeln nach denen sich die Kommunikationspartner richten sollen Spezifiziert Nachrichtenformate und erforderliche Aktionen zur Nachrichtenübermittlung z.b. Telefonieren (Wählen, Klingeln, Abheben, Hallo?, Hallo! ) z.b. jemanden zu Hause besuchen (Klingeln oder Anklopfen, durch Türspion schauen, ) Dr.rer.nat. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut für Softwaresystemtechnik GmbH, Universität Potsdam, harald.sack@hpi.uni-potsdam.de 35

36 n 3.3 Kommunikationsprotokolle und Referenzmodell Netzprotokoll oder Kommunikationsprotokoll (2/3) Protokoll-Software implementiert Netzprotokoll komfortable und anspruchsvolle Schnittstelle zum Netzwerk kümmert sich automatisch um den Großteil der Kommunikations-Einzelheiten und Probleme auf den unteren Ebenen Anwendungsprogramm 1 Anwendungsprogramm 2 Anwendungsprogramme, die in einem Netz kommunizieren, interagieren nicht direkt mit der Netzwerk-Hardware, sondern über die zwischengeschaltete Protokoll-Software Protokollschichten Protokoll-Software Protokoll-Software Protokoll-Software Netzwerk Dr.rer.nat. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut für Softwaresystemtechnik GmbH, Universität Potsdam, harald.sack@hpi.uni-potsdam.de 36

37 n 3.3 Kommunikationsprotokolle und Referenzmodell Netzprotokoll oder Kommunikationsprotokoll (1/3) Protokoll-Funktionen Basisfunktionen Datentransfer und Verbindungsverwaltung Fehlerbehandlung Fehlererkennung / Fehlerkorrektur Übertragungswiederholung und Zeitüberwachung Längenanpassungen Systemleistungsanpassungen Flusssteuerung / Überlaststeuerung / Steuerung der Übertragungsrate Übertragungsleistungsanpassungen Multiplexing / Demultiplexing Nutzerbezogene Protokollmechanismen Verbindungsklassen / Rechteverwaltung / Dienstgüteverwaltung Dr.rer.nat. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut für Softwaresystemtechnik GmbH, Universität Potsdam, harald.sack@hpi.uni-potsdam.de 37

38 n 3.3 Kommunikationsprotokolle und Referenzmodell ISO/OSI Schichtenmodell das ISO/OSI-Referenzmodell Modell war historisch das erste Schichtenmodell. Es wurde Anfang der 70er Jahre von der International Organisation for Standardization entwickelt Sender Empfänger 7 Verarbeitung 7 Verarbeitung 6 Darstellung 6 Darstellung 5 Sitzung 5 Sitzung 4 Transport 4 Transport 3 Vermittlung 3 Vermittlung 2 Sicherung 2 Sicherung 1 Bitübertragung 1 Bitübertragung Übertragungsmedium Dr.rer.nat. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut für Softwaresystemtechnik GmbH, Universität Potsdam, harald.sack@hpi.uni-potsdam.de 38

39 n 3.3 Kommunikationsprotokolle und Referenzmodell Rechnervernetzung ein kleiner Exkurs (1/8) Schichtenmodell der Kommunikation eine Analogie... Tanti Auguri!???? Problem italiano hindi 1874: Papst Pius IX. möchte dem Maharadscha von Pannah zum Geburtstag gratulieren Dr.rer.nat. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut für Softwaresystemtechnik GmbH, Universität Potsdam, 39

40 n 3.3 Kommunikationsprotokolle und Referenzmodell Rechnervernetzung ein kleiner Exkurs (2/8) Schichtenmodell der Kommunikation eine Analogie,,, Tanti Auguri! italiano lingua latine das Kardinalskollegium findet die Idee toll und lässt die vom Papst diktierte Botschaft ins Lateinische übersetzen Dr.rer.nat. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut für Softwaresystemtechnik GmbH, Universität Potsdam, 40

41 n 3.3 Kommunikationsprotokolle und Referenzmodell Rechnervernetzung ein kleiner Exkurs (3/8) Schichtenmodell der Kommunikation eine Analogie,,, Tanti Auguri! italiano lingua latine english allerdings gibt man zu bedenken, dass der Maharadscha sicherlich kein Latein sprechen kann.und man gibt den Auftrag, die Botschaft weiter ins Englische zu übersetzen Dr.rer.nat. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut für Softwaresystemtechnik GmbH, Universität Potsdam, 41

42 n 3.3 Kommunikationsprotokolle und Referenzmodell Rechnervernetzung ein kleiner Exkurs (4/8) Schichtenmodell der Kommunikation eine Analogie... Tanti Auguri! italiano lingua latine english morse code und da das Ganze recht schnell gehen soll, denn der Geburtstag des Maharadschas steht ja vor der Tür, lässt man die Botschaft über den kurz zuvor erfundenen Morsetelegrafen senden Dr.rer.nat. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut für Softwaresystemtechnik GmbH, Universität Potsdam, 42

43 n 3.3 Kommunikationsprotokolle und Referenzmodell Rechnervernetzung ein kleiner Exkurs (5/8) Schichtenmodell der Kommunikation eine Analogie... english morse code in Indien erhält der dort ansässige Telegrafendienst die Botschaft des Papstes. Die übertragenen Morsezeichen erweisen sich als eine in Englisch abgefasste Botschaft, die an den Maharadscha von Pannah adressiert ist Dr.rer.nat. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut für Softwaresystemtechnik GmbH, Universität Potsdam, 43

44 n 3.3 Kommunikationsprotokolle und Referenzmodell Rechnervernetzung ein kleiner Exkurs (6/8) Schichtenmodell der Kommunikation eine Analogie... morse code english daher wird die Botschaft in den Palast gebracht. Allerdings schreibt es das Protokoll vor, dass die Nachricht zunächst in Hindi übersetzt werden muss, bevor Sie dem Maharadscha eröffnet werden kann hindi Dr.rer.nat. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut für Softwaresystemtechnik GmbH, Universität Potsdam, 44

45 n 3.3 Kommunikationsprotokolle und Referenzmodell Rechnervernetzung ein kleiner Exkurs (7/8) Schichtenmodell der Kommunikation eine Analogie...!!!!!! morse code english hindi (schriftl.) der Maharadscha lässt sich die Botschaft vorlesen, ist hoch erfreut und lässt eine gebührliche Antwort auf dieselbe Weise zurück übermitteln hindi (mündl.) Dr.rer.nat. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut für Softwaresystemtechnik GmbH, Universität Potsdam, 45

46 n 3.3 Kommunikationsprotokolle und Referenzmodell Rechnervernetzung ein kleiner Exkurs (8/8) Schichtenmodell der Kommunikation eine Analogie... Schicht 4 diktiert in italienisch lässt sich Hindi vorlesen Schicht 3 Latein Hindi Schicht 2 Englisch Englisch Schicht 1 Morsezeichen Morsezeichen Stromsignale Dr.rer.nat. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut für Softwaresystemtechnik GmbH, Universität Potsdam, harald.sack@hpi.uni-potsdam.de 46

47 n 3. Grundlagen der Rechnervernetzung 3.1 Grundbegriffe der Rechnervernetzung 3.2 Paketvermittlung 3.3 Kommunikationsprotokolle und Referenzmodell 3.4 ISO/OSI-Referenzmodell 3.5 TCP/IP Referenzmodell 3.6 Internet Organisationen und Standards Dr.rer.nat. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut für Softwaresystemtechnik GmbH, Universität Potsdam, 47

48 n 3.4 ISO/OSI Referenzmodell ISO/OSI Schichtenmodell (1/7) das ISO/OSI-Referenzmodell Modell war historisch das erste Schichtenmodell. Es wurde Anfang der 70er Jahre von der International Organisation for Standardisation entwickelt Sender Empfänger 7 Verarbeitung 7 Verarbeitung 6 Darstellung 6 Darstellung 5 Sitzung 5 Sitzung 4 Transport 4 Transport 3 Vermittlung 3 Vermittlung 2 Sicherung 2 Sicherung 1 Bitübertragung 1 Bitübertragung Übertragungsmedium Dr.rer.nat. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut für Softwaresystemtechnik GmbH, Universität Potsdam, harald.sack@hpi.uni-potsdam.de 48

49 n 3.4 ISO/OSI Referenzmodell ISO/OSI Schichtenmodell (2/7) der modulare Aufbau des Protokollstapels erleichtert die Implementierung die Umstellung auf technologische Weiterentwicklungen und die Wartung Sender Empfänger 5 Sitzung 5 Sitzung 4 Transport 4 Transport 3 Vermittlung 3 Vermittlung Dr.rer.nat. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut für Softwaresystemtechnik GmbH, Universität Potsdam, harald.sack@hpi.uni-potsdam.de 49

50 n 3.4 ISO/OSI Referenzmodell ISO/OSI Schichtenmodell (3/7) Schicht 1: Bitübertragung (Physical) Übertragung einzelner Bits Umwandlung Bits / elektrische (optische) Signale Schicht 2: Sicherung (Data Link) Organisation von Daten in Paketen Verarbeitung Darstellung Sitzung Übertragung von Paketen (Paketformate, Bitstopfen, Prüfsummen,...) Transport Vermittlung Sicherung 1 Bitübertragung Dr.rer.nat. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut für Softwaresystemtechnik GmbH, Universität Potsdam, harald.sack@hpi.uni-potsdam.de 50

51 n 3.4 ISO/OSI Referenzmodell ISO/OSI Schichtenmodell (4/7) Schicht 3: Vermittlung (Network) Zuweisung von Adressen Weiterleitung von Paketen im Netz (Adressierung, Routing,...) 7 Verarbeitung Schicht 4: Transport (Transport) 6 5 Darstellung Sitzung zuverlässigen Übertragung ( umfasst komplexeste Protokolle) Transport Vermittlung Sicherung 1 Bitübertragung Dr.rer.nat. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut für Softwaresystemtechnik GmbH, Universität Potsdam, harald.sack@hpi.uni-potsdam.de 51

52 n 3.4 ISO/OSI Referenzmodell ISO/OSI Schichtenmodell (5/7) Schicht 5: Sitzung (Session) Login Aufbau einer Übertragungssitzung zu entfernten System Spezifikation von Sicherheitstechniken (z.b. Passwörter) ABC ΖωΩ Schicht 6: Darstellung (Presentation) Darstellung der Daten (Übersetzung der Datendarstellung eines Rechnertyps in die des anderen) Schicht 7: Verarbeitung (Application) Verarbeitung Darstellung Sitzung Transport Vermittlung Benutzung des Netzes durch eine Anwen- 2 Sicherung dung (z.b. wie kann Datei von einem anderen 1 Bitübertragung Rechner geladen werden) Dr.rer.nat. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut für Softwaresystemtechnik GmbH, Universität Potsdam, harald.sack@hpi.uni-potsdam.de 52

53 n 3.4 ISO/OSI Referenzmodell ISO/OSI Schichtenmodell (6/7) Grundprinzip der Kapselung Sender zu versendende Daten Datenkopf mit Steuerinformation der Schicht 6 Datenkopf mit Steuerinformation der Schicht 5 Datenkopf mit Steuerinformation der Schicht 7 Dr.rer.nat. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut für Softwaresystemtechnik GmbH, Universität Potsdam, harald.sack@hpi.uni-potsdam.de 53

54 n 3.4 ISO/OSI Referenzmodell ISO/OSI Schichtenmodell (7/7) Grundprinzip der Kapselung Empfänger empfangene Daten Datenkopf mit Steuerinformation der Schicht 7 Datenkopf mit Steuerinformation der Schicht 6 Datenkopf mit Steuerinformation der Schicht 5 Verarbeitung Dr.rer.nat. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut für Softwaresystemtechnik GmbH, Universität Potsdam, harald.sack@hpi.uni-potsdam.de 54

55 n 3. Grundlagen der Rechnervernetzung 3.1 Grundbegriffe der Rechnervernetzung 3.2 Paketvermittlung 3.3 Kommunikationsprotokolle und Referenzmodell 3.4 ISO/OSI-Referenzmodell 3.5 TCP/IP Referenzmodell 3.6 Internet Organisationen und Standards Dr.rer.nat. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut für Softwaresystemtechnik GmbH, Universität Potsdam, 55

56 n 3.5 TCP/IP Referenzmodell TCP/IP Schichtenmodell (1/3) Referenzmodell für das Internet nur 5 Schichten entsprechen Schicht 1,2,3,4,(5-7) des ISO/OSI-Modells einfachere Implementation geringerer Overhead defacto-standard, Spezifikation erfolgte erst nach Implementierung Robert Kahn Vinton Cerf 1973 Beginn der Entwicklung von TCP/IP 1981 TCP/IP Standard in RFC 793 Dr.rer.nat. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut für Softwaresystemtechnik GmbH, Universität Potsdam, harald.sack@hpi.uni-potsdam.de 56

57 n 3.5 TCP/IP Referenzmodell TCP/IP Schichtenmodell (2/3) ISO/OSI TCP/IP Dr.rer.nat. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut für Softwaresystemtechnik GmbH, Universität Potsdam, 57

58 n 3.5 TCP/IP Referenzmodell TCP/IP Schichtenmodell (3/3) Bitübertragungsschicht umfasst Schichten des ISO/OSI Modells (im LAN) unterteilt in Internetschicht Media Access Control (MAC) Logical Link Control (LLC) Wichtigstes Protokoll: IP (Internet Protocol) Transportschicht Wichtigstes Protokoll: TCP (Transport Control Protocol) Anwendungsschicht Fasst Schichten 5-7 des ISO/OSI-Modells zusammen Dr.rer.nat. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut für Softwaresystemtechnik GmbH, Universität Potsdam, harald.sack@hpi.uni-potsdam.de 58

59 n 3. Grundlagen der Rechnervernetzung 3.1 Grundbegriffe der Rechnervernetzung 3.2 Paketvermittlung 3.3 Kommunikationsprotokolle und Referenzmodell 3.4 ISO/OSI-Referenzmodell 3.5 TCP/IP Referenzmodell 3.6 Internet Organisationen und Standards Dr.rer.nat. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut für Softwaresystemtechnik GmbH, Universität Potsdam, 59

60 n 3.6 Internet Organisationen und Standards Internet Organisationen (1/5) Internet besitzt keine Leitstelle oder zentrale Administration (kein einheitliches internationales Recht) es existieren jedoch Organisationen, die sich mit der Entwicklung, dem Betrieb und der Standardisierung des Internets beschäftigen Internet Society (ISOC) und deren Unterorganisationen World Wide Web Consortium (W3C) Internet Corporation for Assigned Names and Numbers (ICANN) Dr.rer.nat. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut für Softwaresystemtechnik GmbH, Universität Potsdam, 60

61 n 3.6 Internet Organisationen und Standards Internet Organisationen (2/5) RFC-editor Board of Trustees IAB Internet Architecture Board Number Resource Organization IETF Internet Engineering Task Force IRTF Internet Research Task Force IANA Internet Assigned Numbers Authority IESG Internet Engineering Steering Group IRSG Internet Research Steering Group ICANN Internet Corporation for Assigned Names & Numbers Dr.rer.nat. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut für Softwaresystemtechnik GmbH, Universität Potsdam, 61

62 n 3.6 Internet Organisationen und Standards Internet Organisationen (3/5) Internet Society - ISOC 1992 gegründete internationale, nicht-staatliche und gemeinnützige Organisation und Interessenvertretung 150 Unterkapitel mit Mitgliedern aus 170 Ländern Mitglieder verpflichten sich, zur weltweiten Verbreitung des Internet beizutragen und dessen Fortbestehen zu garantieren Leitung durch Board of Trustees (15 Mitglieder) Beaufsichtigung und Koordination des Internet- Standardisierungsprozesses..to assure the open development, evolution, and use of the Internet for the benefit of all people throughout the world... Dr.rer.nat. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut für Softwaresystemtechnik GmbH, Universität Potsdam, harald.sack@hpi.uni-potsdam.de 62

63 n 3.6 Internet Organisationen und Standards Internet Organisationen (4/5) IANA und ICANN Vergabe von weltweit eindeutigen Adressen und Namen im Internet Bis 1998 alleinige Aufgabe der IANA (Jon Postel) danach gliedert sich die IANA als Unterorganisation in die neugegründete ICANN ein Delegiert IP-Adressvergabe an regionale Unterorganisationen (RIR) Verwaltet Root-Nameserver Daten (DNS) ICANN ist Zusammenschluss aus Interessenvertretern aus Industrie und Wirtschaft Verwaltung von Namen und Adressen sowie Festlegung von technischen Verfahrensstandards Dr.rer.nat. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut für Softwaresystemtechnik GmbH, Universität Potsdam, 63

64 n 3.6 Internet Organisationen und Standards Internet Organisationen (5/5) World Wide Web Committee (W3C) 1994 von Tim Berners-Lee gegründet Internationales Gremium zur Standardisierung der das WWW betreffenden Sprachen und Technologien Alle Technologien müssen frei von Patenten und Rechten Dritter sein (Open Standards) 433 Mitglieder..to lead the WWW to ist full potential by developing protocols and guidelines that ensure long-term growth for the Web. Dr.rer.nat. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut für Softwaresystemtechnik GmbH, Universität Potsdam, 64

65 n 3.6 Internet Organisationen und Standards Internet Standardisierungsprozess (1/4) Request for Comments (RFC) RFC = Vorschlag für einen neuen Standard Autor reicht einen Vorschlag beim IAB ein RFC wird darauf hin von IAB oder IETF als RFC veröffentlicht bis RFC als Standard verabschiedet werden kann, muss dieser den Internet-Standardisierungsprozess durchlaufen RFCs werden fortlaufend durchnummeriert RFCs sind über Internet/WWW frei verfügbar und RFCs können öffentlich diskutiert werden RFCs enthalten nur technische Informationen / Spezifikationen Dr.rer.nat. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut für Softwaresystemtechnik GmbH, Universität Potsdam, harald.sack@hpi.uni-potsdam.de 65

66 n 3.6 Internet Organisationen und Standards Internet Standardisierungsprozess (2/4) IRTF Working Group 1 Design Teams managed Einzelpersonen Board of Trustees beauftragt IRSG berät initiiert Working Group 2 managed IAB IESG IETF Working Group 3 verwaltet wählt berät verwaltet Standarisierungsprozess integriert andere Standards Internet Society (ISOC) RFC Editor gibt Kritik und Anregungen überblickt Standarisierungsprozess Internet Community Dr.rer.nat. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut für Softwaresystemtechnik GmbH, Universität Potsdam, harald.sack@hpi.uni-potsdam.de 66

67 n 3.6 Internet Organisationen und Standards Internet Standardisierungsprozess (3/4) Eingesandt durch WG oder Einzelperson min. 6 Monate Internet Draft RFC (Proposed Standard) min. 4 Monate + 2 unabhängige Implementationen changed? nein RFC (Draft Standard) changed? nein ja ja RFC (Internet Official Standard) Internet Draft (DS Version) nach IESG Genehmigung Internet Draft (STD Version) nach IESG Genehmigung Dr.rer.nat. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut für Softwaresystemtechnik GmbH, Universität Potsdam, harald.sack@hpi.uni-potsdam.de 67

68 n 3.6 Internet Organisationen und Standards Internet Standardisierungsprozess (4/4) Einige wichtige RFCs RFC 1160: Internet Architecture Board RFC 821: RFC 822: SMTP RFC 791: Internet Protokoll IP RFC 793: TCP Protokoll RFC 1034/1035: Domain Name Service DNS RFC 1630: URIs für World Wide Web RFC 1866: HTML RFC 1945/2068: HTTP Dr.rer.nat. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut für Softwaresystemtechnik GmbH, Universität Potsdam, 68

69 n 3. Grundlagen der Rechnervernetzung 3.1 Grundbegriffe der Rechnervernetzung 3.2 Paketvermittlung 3.3 Kommunikationsprotokolle und Referenzmodell 3.4 ISO/OSI-Referenzmodell 3.5 TCP/IP Referenzmodell 3.6 Internet Organisationen und Standards Dr.rer.nat. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut für Softwaresystemtechnik GmbH, Universität Potsdam, 69

70 n 3. Grundlagen der Rechnervernetzung Literatur Ch. Meinel, H. Sack: WWW Kommunikation, Internetworking, Web-Technologien, Springer, A. Tanenbaum: Computer Networks, 4th ed., Pearson, Dr.rer.nat. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut für Softwaresystemtechnik GmbH, Universität Potsdam, 70