Rechnernetze. Grundstruktur. Rechnernetze Sommer Peter Sturm, Universität Trier 1. Sommer 2017 Peter Sturm. Kommunikationssystem.

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1 Rechnernetze Sommer 07 Peter Sturm Grundstruktur Sender Empfänger Kommunikationssystem Empfänger Systemsoftware Hardware Systemsoftware Hardware Netzwerk Peter Sturm, Universität Trier

2 Ziele Kommunikation zwischen Rechnern durch Austausch von Nachrichten über Speicher (NUMA-Architekturen) Datenrate maximieren Latenz minimieren Physik definiert harte untere Schranken Isochronen Verkehr Audio- und Videomaterial Funktionale Eigenschaften Senden Empfängeradresse Nachricht Nachrichtenlänge Empfangen Senderadresse (Rückgabe) Nachrichtenpuffer Länge der Nachricht (Rückgabe) Peter Sturm, Universität Trier

3 Nicht-Funktionale Eigenschaften Paketgröße Übertragungsbandbreite Einheit Byte/s Dominanz Medium Latenz Einheit s Signalgeschwindigkeit und Entfernung Nachrichtenverlust Vertauschungen Verfälschungen Multicast und Broadcast Quality of Service (QoS) Garantierte Eigenschaften Bandbreite, Frequenz, Jitter, Verlustrate,... Reservierungsverfahren Anmelden des Bedarfs Verhandlungen bei mehreren Möglichkeiten Optimierungskriterien Kosten Qualität Peter Sturm, Universität Trier

4 Ausdehnung Bandbreite nimmt zu Fehler/Verluste nehmen zu Latenz nimmt zu IN LAN MAN WAN Gehäuse Gebäude Stadt Land Kontinent Planet Interconnection Network (IN): Praktisch Speicherbandbreite Local Area Network (LAN): 0 MBit/s bis 0 GBit/s Metropolitan Area Network (MAN) Wide Area Network (WAN) Typische Topologien Bus Zugangsverfahren Kollisionsfreier Zugang Kollisionserkennung Multicast- und Broadcast-fähig Eigenschaftsgarantien hängen vom Zugangsverfahren ab Bekannte Verfahren Ethernet Dedizierte Leitungen Zwischen zwei Knoten Routing bei entfernten Knoten Unbeteiligte Dritte notwendig Keine unmittelbare Multicastund Broadcast-Fähigkeit Eigenschaftsgarantien hängen u.a. von der Topologie ab Peter Sturm, Universität Trier 4

5 OSI-Referenzmodell Protokollebenen Protokollebene i Protokollebene i- Protokoll der Ebene i Protokollebene i Protokollebene i- Protokollstack Logisches Protokoll auf jeder Ebene Protokollebene 0 Protokollebene 0 Peter Sturm, Universität Trier 5

6 Beispiel Auto" Protokollebenen Fahren (Autonomie) Fahren (Beherrschung) Fahren (Fahrschule) Auto (Drivers Interface) CAN-Bus / Hydraulik / Mechanik / Motor Physik Peter Sturm, Universität Trier 6

7 Protokollebenen Hierarchische Verfeinerung Wo sind die Ebenen Laufzeitbibliothek Betriebssystem Spezielle Server (paralleler Protokollstack) Nachteile Effizienzprobleme Anordnung der Ebenen Jede Ebene braucht Header X-Layer-Problematik ISO-Referenzmodell OSI-Modell = Reference Model for Open Systems Interconnection Referenzmodell! Realisierung Ebene -: Hardware (Firmware) Netzwerk-Controller Ebene 4-7: Software (Verteilte) Anwendungen 7. Application Layer 6. Presentation Layer 5. Session Layer 4. Transport Layer. Network Layer. Link Layer. Physical Layer Kommunikationsnetzwerk Anwendungsorientierung Netzwerkorientierung Peter Sturm, Universität Trier 7

8 Ebene : Physical Layer TD = Transmit Data RD = Receive Data RTS = Request to Send CTS = Clear to Send DSR = Data Set Ready GND = Signalmasse DCD = Data Carrier Detect 4 5 DTR = Data Terminal Ready RI = Ring Indicator DSRD = Data Signal Rate Detector Steckerbelegung Definition der (elektrischen, optischen) Schnittstelle Spannungen, Ströme Frequenzen Maximale Längen, Abstände... Beispiele V.4 oder RS- o.ä. Parallelschnittstelle (Centronix) Busse (PCI, SCSI, USB,...) Koaxkabel, BNC,... Twisted Pair (UP-5 o.ä.)... Diverse Anschlußbeispiele Peter Sturm, Universität Trier 8

9 Ebene : Link Layer Fehlerfreier Kanal zwischen Knoten Synchronisation Fehlererkennung (CRC) Wiederholungen Transparente Übertragung Bidirektionale Verbindung Halb- und Voll-Duplex Beispiele CSMA/CD HDLC Ebene : Network Layer 7. Application Layer 6. Presentation Layer 5. Session Layer 4. Transport Layer zwischen Netzen. Network Layer innerhalb eines Netzes. Link Layer. Physical Layer Host-to-Host Protokoll Netzwerkebene geteilt Management-Funktionen Behandlung von Ausfällen Ermittlung von Adressen Austausch von Routinginformation Peter Sturm, Universität Trier 9

10 Ebene 4: Transport Layer Ende-zu-Ende-Protokoll Angabe des Empfangsrechners Meist zwei Protokolle: Verbindungslos (Datagramm) Verbindung (Reliable Stream) Aufgaben Quittungsbetrieb Sequenznummern Eliminierung von Duplikaten Flußkontrolle Ausnutzung der Speicherkapazität des Mediums... Speicherfähigkeit des Mediums Abstand zur Erde (April 05): 95 Millionen Kilometer Roundtrip-Zeit: 6h, min, 5s Raumsonde Voyager Annahme 00 Mbit pro Sekunde:.5 Tbyte Speicherkapazität Bit hat ca. Meter Länge Peter Sturm, Universität Trier 0

11 Ebene 5: Session Layer Kommunikationssitzungen Sicherungspunkte Recovery Wachsende Bedeutung Ebene 6: Presentation Layer Umwandlung von Datenformaten Offene Systeme Heterogenität Beispiele XDR (SUN-RPC), ASN., SOAP, JSON Verschlüsselung Peter Sturm, Universität Trier

12 Ebene 7: Application Layer Spezifische Anwendungsprotokolle Beispiele FTP - File Transfer Protocol SSH - Secure Shell NFS - Network File System NIS - Network Information System SMTP - Simple Mail Transfer Protocol X.400, POP., IMAP,... - Ebenfalls Mail-Protokolle HTTP - Hypertext Transfer Protocol... Aufbau einer Ebene 7-Nachricht Nutzdaten Peter Sturm, Universität Trier

13 Peter Sturm, Universität Trier Router Muß ein Router vollständig durchlässig sein Was kann spezifisch unterbunden werden Knoten A Router Knoten B Gateway Was kann ein Gateway spezifisch unterbunden Knoten A Gateway Knoten B

14 Inhalte Vorlesungsgegenstand (Verteilte) Anwendungen 7. Application Layer 6. Presentation Layer 5. Session Layer Anwendungsorientierung Ebenen bis 4 des Modells Betonung der TCP/IP- Protokollfamilie 4. Transport Layer. Network Layer. Link Layer. Physical Layer Kommunikationsnetzwerk Netzwerkorientierung Peter Sturm, Universität Trier 4