Computernetze 1. Inhalt

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1 Computernetze 1 Inhalt 1 Einführung: Problemanalyse Computernetze Betrachtungsweise von Computernetzen Topologien Vermittlungsprinzipien... 5 Circuit Switching... 5 Paketvermittlung Transport-System ISO/OSI Referenzmodell Data Link Layer Schichtenmodell Sequenzdiagramme Konzept Bausteine Protokolle Alternating-Bit mit HDLC Überlegungen zur Übertragungsleistung Mind Maps Abbildungen Dennis Hunziker

2 1 Einführung: Problemanalyse Computernetze Mind Map Mind Map 1: Problemanalyse Computernetze Leistung: Latenz Figure 1: Latenz Latenz bezeichnet die Zeit, die eine Nachricht für den Weg vom Sender bis zum Empfänger benötigt. Die Latenz setzt sich zusammen aus folgenden drei Komponenten. Ausbreitungsverzögerung endliche Geschwindigkeit der Signalausbreitung Übertragungsverzögerung Dauer der Übertragung eines Bits Wartezeit Verarbeitungsgeschwindigkeit der Vermittlungsknoten 2/18

3 2 Betrachtungsweise von Computernetzen 2.1 Topologien Übersicht Mind Map 2: Topologien Problem: Loops Mind Map 3: Loops Figure 2: Vagabundierendes Datenpaket 3/18

4 Warum Mischstrukturen? Mind Map 4: Warum Mischstrukturen? Figure 3: Verschiedene Hirarchiestrukturen 4/18

5 2.2 Vermittlungsprinzipien Circuit Switching Mind Map Zentralvermittlung vs. Direkt Verbindung Mind Map 5: Circuit Switching Physikalisch ist hier im übertragenen Sinn zu verstehen, d.h. es muss eine feste Ressourcenbelegung existieren, z.b. Zeitschlitz, Frequenz, Code. Figure 4: Zentralvermittlung vs. Direktverbindung Durchschaltung Figure 5: Durchschaltung 5/18

6 Telefonanlage analog Figure 6: Telefonanlage analog Paketvermittlung Mind Map Mind Map 6: Paketvermittlung Port Mapping Tabelle Figure 7: Port Mapping Tabelle Knoten können Tabellen austauschen: für ganzes Subnet manuelle Pflege [3]-IP 6/18

7 2.3 Transport-System Mind Map Mind Map 7: Aufgaben des Transport-Systems Medienübergang Figure 8: Medienübergang 7/18

8 3 ISO/OSI Referenzmodell Mind Map Mind Map 8: ISO/OSI-Referenzmodell Layers Mind Map 9: OSI Layers * heute in der Regel in dem Application- oder Mediationlayer (z.b. ORB) integriert 8/18

9 Trend/Bestrebung IP Erweiterung X.25 PLP Logische Verbindung Figure 9: Logische Verbindung Logische Verbindung zwischen zwei Knoten auf der Ebene Network. (z.b. [3]-IP) 3.1 Data Link Layer Mind Map Mind Map 10: Data Link Layer Figure 10: Frame Aufbau 9/18

10 Layer interne Kommunikation Figure 11: Layer interne Kommunikation Medien Unabhängigkeit Figure 12: Unabhängigkeit des Mediums Zugriffsverfahren Mind Map 11: Zugriffsverfahren 10/18

11 Beispiel: Netzlänge bei CSMA/CD Figure 13: Berechnung der Netzlänge 3.2 Schichtenmodell Graphische Darstellung Figure 14: Unterschied PDU/SDU PCI = Protocol Control Information PDU = Protocol Data Unit SDU = Service Data Unit (= PDU der darüberliegenden Schicht) DE = Dienstelement Konzept (3) PDU befindet sich als Daten in der (2) PDU verpackt. Beim Senden werden die PDUs der höheren Schicht in den darunter liegenden Schichten (PDUs) verpackt. Beim Empfang entsprechend ausgepackt. Adressierung SAP = Service Access Point Es wird die darüberliegende Instanz adressiert. 11/18

12 4 Sequenzdiagramme 4.1 Konzept Übersicht Dienstelemente Dienstelemente beschreiben die an einem SAP bereitgestellten Dienste. Verbindungsaufbau: Con.req : Connection.request Con.ind : ~.indication Con.res : ~.respond Con.conf : ~.confirm Datenübertragungsphase: Data.req : ~.request Data.ind : ~.indication Verbindungsabbau: Disc.req : Disconnect.request Disc.ind : ~.indication 12/18

13 4.2 Bausteine Timer Figure 15: Timer Verzweigung durch Zustände Mit Zustände sind bei einem Sequenzdiagramm keine Zustände im Sinne der Automatentheorie sonder Abschlusspunkte gemeint. Figure 16: Alternative Abläufe Mehrere Zustände Figure 17: Mehrere Zustände 13/18

14 5 Protokolle 5.1 Alternating-Bit mit HDLC Ablauf und Funktion Figure 18: Alternating-Bit mit HDLC * Die Adresse dient der Unterscheidung zwischen einem Befehl und einer Meldung (Befehl -> Empfänger, Meldung -> Absender) ** N(R) Bestätigung des I-Frames Bei bi-direktionalem Verkehr ist keine Bestätigung erforderlich, da diese Hucke-Pack im I-Frame erfolgt. Problemstellung 0-Einschub Wie werden die Bit-Muster der Flags im Daten-/CRC-Feld verhindert? Nach jeder 5ten 1 (in Folge) wird eine 0 eingesetzt. Dadurch wird verhindert, dass das Bitmuster des Flags im Daten-/CRC-Feld auftaucht. Flag: Figure 19: 0-Einschub 14/18

15 5.2 Überlegungen zur Übertragungsleistung Problem der Totzeit Figure 20: Protokollverhalten Δt 1 resultiert aus der Ausbreitungsgeschwindigkeit Δt 1 resultiert aus der Blockgrösse Idee Unbestätigter Versandt Nicht auf Bestätigung warten, sondern weitersenden. Das bedeutet, es werden mehr Bits zur Codierungder der Identität der I-Frames benötigt Zählung ist erforderlich. Es sollen mehrere Datenpakete unbestätigt versendet werden. Die Anzahl wird dabei durch die Fenstergrösse k vorgegeben. Scenario 1: korrekter Ablauf Figure 21: Korrekter, unbestätigter Versandt * Fenstergrösse erreicht keine weiteren Pakete/Frames 15/18

16 senden P=1, gesetztes Pollbit erzwingt eine Bestätigung der erhaltenen Datenpakete Scenario 2: Receive Not Ready Figure 22: Kein Empfang möglich * Station B muss reagieren mit: RNR weiterhin kein Empfang RR es geht weiter Scenario 3: Timer läuft ab Figure 23: Timer läuft vor Bestätigung ab 16/18

17 Scenario 4: Übertragung gestört Figure 24: Gestörte Übertragung 17/18

18 6 Mind Maps Mind Map 1: Problemanalyse Computernetze... 2 Mind Map 2: Topologien... 3 Mind Map 3: Loops... 3 Mind Map 4: Warum Mischstrukturen?... 4 Mind Map 5: Circuit Switching... 5 Mind Map 6: Paketvermittlung... 6 Mind Map 7: Aufgaben des Transport-Systems... 7 Mind Map 8: ISO/OSI-Referenzmodell... 8 Mind Map 9: OSI Layers... 8 Mind Map 10: Data Link Layer... 9 Mind Map 11: Zugriffsverfahren Abbildungen Figure 1: Latenz... 2 Figure 2: Vagabundierendes Datenpaket... 3 Figure 3: Verschiedene Hirarchiestrukturen... 4 Figure 4: Zentralvermittlung vs. Direktverbindung... 5 Figure 5: Durchschaltung... 5 Figure 6: Telefonanlage analog... 6 Figure 7: Port Mapping Tabelle... 6 Figure 8: Medienübergang... 7 Figure 9: Logische Verbindung... 9 Figure 10: Frame Aufbau... 9 Figure 11: Layer interne Kommunikation Figure 12: Unabhängigkeit des Mediums Figure 13: Berechnung der Netzlänge Figure 14: Unterschied PDU/SDU Figure 15: Timer Figure 16: Alternative Abläufe Figure 17: Mehrere Zustände Figure 18: Alternating-Bit mit HDLC Figure 19: 0-Einschub Figure 20: Protokollverhalten Figure 21: Korrekter, unbestätigter Versandt Figure 22: Kein Empfang möglich Figure 23: Timer läuft vor Bestätigung ab Figure 24: Gestörte Übertragung /18