Electronic Business Winter 2010/2011 VWA Aachen. Computernetzwerke und das Internet ( )

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1 Electronic Business Winter 2010/2011 VWA Aachen Computernetzwerke und das Internet ( ) Thomas Wagner VWA Aachen Winter 2010/11 Electronic Business

2 Inhalte Die Vorlesung gliedert sich grob in zwei Teile: Technolgien des E-Business Computernetzwerke und das Internet Kommunikationssicherheit Anwendungen des E-Business Ökonomische Rahmenbedingungen Geschäftsmodelle VWA Aachen Winter 2010/11 Electronic Business

3 Internetprotokollfamilie VWA Aachen Winter 2010/11 Electronic Business

4 Transportschicht Zwischen Anwendungs- und Vermittlungsschicht Ihre wesentlichen Charakteristika: Sie erfüllt die Rolle der direkten Bereitstellung von Kommunikationsdiensten für die Anwendungsprozesse (z.b. Webbrowser und -Programme), die auf verschiedenen Hosts laufen. Die Transportschicht bietet eine logische und keine physikalische Kommunikation zwischen Anwendungen. Protokolle der Transportschicht werden in den Endsystemen und nicht in Netzwerk-Routern implementiert. Im Internetmodell die Protokolle UDP und TCP VWA Aachen Winter 2010/11 Electronic Business

5 Funktionalität Ein Protokoll der Transportschicht bietet eine logische Kommunikation zwischen Anwendungsprozessen (Prinzip der kommunizierenden Anwendungen); dabei bedeutet "logisch", dass die kommunizierenden Prozesse nicht physisch über eine feste Verbindung miteinander verbunden sind, aus Sicht der Anwendung aber physikalisch verbunden erscheinen. Tatsächlich können sie sich an entgegengesetzten Stellen der Erde befinden und über zahlreiche Router und viele verschiedene Verbindungsleitungen verbunden sein. Anwendungsprozesse verwenden die von der Transportschicht bereitgestellte logische Kommunikation, um Nachrichten miteinander auszutauschen, ohne sich um die Details der physischen Infrastruktur (Vermittlungsschichtbzw. Internetschicht) kümmern zu müssen, über die diese Nachrichten fließen. VWA Aachen Winter 2010/11 Electronic Business

6 Graphisch VWA Aachen Winter 2010/11 Electronic Business

7 Protokolle der Transportschicht Die Internet-Transportschicht stellt zwei Protokolle zur Verfügung: TCP (Transmission Control Protocol) UDP (User Datagram Protocol) Die Schnittstelle zwischen der Anwendungsschicht und der Transportschicht bildet ein sogenannter Socket, der ein API (Application Programming Interface) ist. Die Software der Anwendungsschicht nutzt die Dienste der Transportschicht über dieses Interface, was man als eine Art "Tür" bezeichnen kann. VWA Aachen Winter 2010/11 Electronic Business

8 Anforderungen von Anwendungen! Die Wahl des Transportprotokolls hängt von den Anforderungen bzw. geforderten Diensten der jeweiligen Anwendung ab. Es lassen sich drei Anforderungstypen klassifizieren: Datenverlust Bandbreite Zeit VWA Aachen Winter 2010/11 Electronic Business

9 Datenverlust Zu den Anwendungen, die keinen Datenverlust tolerieren, gehören -, Filetransfer-, Remote-Login-, Webdokumententransfer- Finanz-Anwendungen. Fehlende Daten bei Finanz-Anwendungen z.b. können verheerende Auswirkungen haben. (Verlusttolerante) Anwendungen, die einen Datenverlust in geringem Umfang in Kauf nehmen, sind insbesondere Multimedia-Anwendungen wie Echtzeit-Audio- und -Video- Anwendungen, da ein Datenverlust hier nur zu einem "ruckelnden" Bild oder unterbrochenen Ton führt. VWA Aachen Winter 2010/11 Electronic Business

10 Bandbreite Einige Anwendungen wie beispielsweise Echtzeit-Anwendungen müssen in der Lage sein, Daten in einer bestimmten Rate zu übertragen, um effektiv arbeiten zu können. Wenn eine Anwendung für Internet-Telephonie Sprache in 32 Kbps codiert, muss sie Daten in dieser Rate über das Netzwerk an die empfangende Anwendung senden können. Ist die für diese Übertragungsrate erforderliche Bandbreite nicht verfügbar, muss mit einer anderen Rate kodiert werden oder aufgeben. Man spricht in diesem Fall von einer bandbreitenintensiven Anwendung. Elastische Anwendungen wie Filetransfer-, Remote-Login und Webtransfer-Anwendungen nutzen soviel Bandbreite bzw. eine derartige Übertragungsrate, wie gerade vorhanden ist. VWA Aachen Winter 2010/11 Electronic Business

11 Zeit Die Zeit, die die Daten für die Übertragung benötigen, ist insbesondere bei Echtzeitsystemen von entscheidender Bedeutung. Internet- Telephonie, Telefon-Konferenzen, virtuelle Umgebungen und Online-Multiplayer-Spiele erlauben keine große Verzögerung. VWA Aachen Winter 2010/11 Electronic Business

12 Beispiele VWA Aachen Winter 2010/11 Electronic Business

13 User Datagram Protocol (UDP) UDP ist im RFC 768 definiert und bietet in funktionaler Hinsicht außer der (De)Multiplex-Funktion und einer geringen Fehlerprüfung nichts. Die Anwendung "spricht fast direkt mit der Vermittlungsschicht". Charakteristisch für UDP sind die folgenden Eigenschaften: Verbindungslosigkeit: kein Verbindungsaufbau und - zustand geringer Overhead im Paket-Header unregulierte Senderate UDP ist ein schnelles Protokoll, das keine Zustellgarantie für Segmente übernimmt. VWA Aachen Winter 2010/11 Electronic Business

14 Verbindungslosigkeit UDP baut vor der eigentlichen Datenübertragung keine (logische) Verbindung zwischen den Hosts auf, d.h. es werden keine Metadaten ausgetauscht. Damit muss auch kein Verbindungszustand gespeichert werden. Dies bewirkt eine Kommunikationsbeschleunigung: UDP ist in der Regel schneller als TCP. VWA Aachen Winter 2010/11 Electronic Business

15 Geringer Overhead und unregulierte Senderate Der Header eines UDP-Segments ist nur 8 Byte groß (bei TCP 20 Byte). UDP sendet die Segmente einer Anwendung so schnell, wie es die Anwendung, die Quelle (CPU, Taktrate usw.) und die Zugangsbandbreite zum Internet erlauben. Damit ist es schneller als TCP, es ist aber auch möglich, dass in einem Router ein Pufferüberlauf entsteht und Segmente verloren gehen. VWA Aachen Winter 2010/11 Electronic Business

16 Transmission Control Protocol (TCP) TCP ist weitaus komplexer als UDP und ist in RFC 793, RFC 1122, RFC 1323, RFC 2018 und RFC 2581 definiert. Charakteristisch für TCP sind: Verbindungsorientierung größerer Overhead im Paket-Header Überlastkontrolle VWA Aachen Winter 2010/11 Electronic Business

17 Verwendung von TCP und IP! VWA Aachen Winter 2010/11 Electronic Business

18 Mehrere Anwendungen Das Problem: Auf einem Rechner laufen in der Regel mehrere Anwendungen, z.b. ein Browser zum Surfen im WWW und ein Programm zum Verschicken von s. Woher weiß die Transportschicht (TCP oder UDP) zu welchem Programm ein empfangenes Paket gehört? Multiplexing auf der Transportschicht VWA Aachen Winter 2010/11 Electronic Business

19 Portnummern UDP und TCP als Protokolle der Internet- Transportschicht verwenden zwei spezielle Felder zum (De)Multiplexen: Portnummer Quelle und Portnummer Ziel Zusammen identifizieren die beiden Felder den Anwendungsprozess (auf dem Zielhost), für den das Segment oder die Nachricht bestimmt ist. VWA Aachen Winter 2010/11 Electronic Business

20 Wertebereich der Portnummern Jede (Internet-)Anwendung auf einem Host verwendet eine Portnummer, die diesen eindeutig bestimmt (wie eine Appartementnummer in einem Haus); zwei Anwendungen auf einem Host müssen immer unterschiedliche Portnummern besitzen. Die Portnummer ist eine 16-Bit-Zahl und kann daher Werte im Bereich von 0 bis aufnehmen. Die Portnummern im Bereich von 0 bis 1023 werden als wohl bekannte (wellknown) Portnummern bezeichnet, was bedeutet, das sie für wohl bekannte Anwendungen wie einen Webserver (Port 80) und einen FTP-Server (Port 21) reserviert sind. VWA Aachen Winter 2010/11 Electronic Business

21 Zusätzliche Verwendung der IP-Nummer Es ist möglich, dass zwei Client-Prozesse, die voneinander nichts wissen, dieselbe Quell-Portnummer verwenden, so dass die Server-Anwendung die Prozesse nicht an Hand der Portnummer unterscheiden kann. Zur Auflösung diese Konflikts werden auch die IP- Adressen der IP-Datagramme herangezogen, die die Segmente der anfragenden Prozesse beinhalten. Zusammenfassend ist festzuhalten, dass zum (De)Multiplexen auf der Internet-Transportschicht Quell- Portnummer, Ziel-Portnummer und Quell-IP-Nummer verwendet werden. VWA Aachen Winter 2010/11 Electronic Business

22 Zusätzliche Verwendung der IP (Graphik) Alleine anhand der Quell- und Zielportnr. ist eine Unterscheidung zwischen Client-Host C und Client-Host A nicht möglich. Erst mit Quell- und Ziel-IP ist es eindeutig! VWA Aachen Winter 2010/11 Electronic Business

23 Internetprotokollfamilie VWA Aachen Winter 2010/11 Electronic Business

24 Anwendungsschicht Eine Vielzahl von standardisierten Protokollen existiert auf der Anwendungsschicht, darunter vor allen: HTTP (HyperText Transfer Protocol) SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) POP (Post Office Protocol) DNS (Domain Name System) Die Anzahl von proprietären Anwendungen ist sehr groß. VWA Aachen Winter 2010/11 Electronic Business

25 Konzept von Webseiten Webseiten stehen auf sog. Webservern zum Abruf bereit Sie werden über die sog. URL (Uniform Resource Locator) identifiziert URLs bestehen mindestens aus dem verwendeten Protokoll (z.b. http) einem Hostnamen (z.b. und einem Pfad (z.b. /Lehre/vwa/index.htm) VWA Aachen Winter 2010/11 Electronic Business

26 HTTP: Prinzipieller Ablauf VWA Aachen Winter 2010/11 Electronic Business

27 Beispiel Altes Protokoll Konvertierung in 7 bit ASCII notwendig Erweiterung durch MIME Push-Prinzip, d.h. Nachrichten ( s) werden von einem Server an einen anderen weitergeleitet. Notwendigkeit von mind. zwei Protokollen: Zum Versenden von s (SMTP) Zum Empfang von s (POP3 oder IMAP) VWA Aachen Winter 2010/11 Electronic Business

28 Zusammenhang zwischen den Protokollen VWA Aachen Winter 2010/11 Electronic Business

29 Domain Name System (DNS) Sehr bedeutendes Protokoll der Anwendungsschicht, obwohl es in der Regel im Hintergrund arbeitet. Hauptaufgabe oder Funktion ist die Auflösung eines (mnemonischen) Hostnamens in eine IP- Adresse Das DNS ist hierarchisch aufgebaut. VWA Aachen Winter 2010/11 Electronic Business

30 DNS: Funktionsweise In diesem Beispiel soll der Hostname gaia.cs.umass.edu aufgelöst werden. Iterative Anfragen werden nur mit einem Verweis auf den nächsten Name-Server beantwortet. VWA Aachen Winter 2010/11 Electronic Business

31 DNS: Name-Server-Hierarchie Master Distribution Server Nicht öffentlich zugänglich Beinhaltet Liste aller Top Level Domains (TLD) 13 logische Root Name Server (A-M) Täglich replizierte Liste aller TLD, autoritativer Nameserver (unvollständig) und Domain Names (unvollst.) Antworten nur auf iterative Anfragen Werden von privaten Unternehmen betrieben Lokale Nameserver ISP oder Uni als Betreiber, dienen als erste Ansprechpartner VWA Aachen Winter 2010/11 Electronic Business

32 Problem proprietärer Anwendungen Anwendungen, die auf bekannten Standards aufbauen (und sich an diese halten), können relativ einfach mit Anwendungen auf entfernten Hosts kommunizieren (Beispiel: -Client und -Server). Bei proprietären Anwendungen, der Protokolle nicht standardisiert sind, ist das schwieriger. In diesem Fall muss sichergestellt sein, dass auf dem entfernten Host auch die entsprechende Anwendung läuft (z.b. Skype) VWA Aachen Winter 2010/11 Electronic Business

33 Kommunikationssicherheit Sicherheit in der Datenkommunikation ist ein immer wichtiger werdendes Thema. Dies gilt gleichermaßen für Privatpersonen, die bspw. sicheres Online-Banking wollen, und Organisationen, die z.t. über hochsensible Daten verfügen. VWA Aachen Winter 2010/11 Electronic Business

34 Elemente der Datensicherheit! Geheimhaltung: Daten können von keinem Dritten gelesen werden Integrität: die Daten wurden von keinem Dritten verändert Authentifikation: der Sender ist derjenige, für den er sich ausgibt VWA Aachen Winter 2010/11 Electronic Business

35 Bedrohungsarten Passiv: Eindringling kann die Kommunikation abhören Problem der Geheimhaltung Aktiv: Eindringling kann Nachrichten manipulieren und/oder eigene Nachrichten in die Kommunikation einschleusen Problem der Datenintegrität und Authentifikation VWA Aachen Winter 2010/11 Electronic Business

36 Verteidigungsmöglichkeiten Symmetrische Verschlüsselung Beide Kommunikationspartner benutzen den gleichen Schlüssel Ermöglicht den Schutz vor unbefugtem Lesen und verändern der Daten (Geheimhaltung und Datenintegrität) Implizit: Authentifikation des Senders Vorteil: Algorithmen sind schnell Nachteil: Schlüsselverteilproblem (anstatt der ganzen Nachricht, muss jetzt nur der Schlüssel sicher übertragen werden) VWA Aachen Winter 2010/11 Electronic Business

37 Verteidigungsmöglichkeiten II Asymmetrische Verschlüsselung: Beide Kommunikationspartner haben ein Schlüsselpaar mit einem öffentlichem und einem privaten Schlüssel Ermöglicht Sicherstellung der Datengeheimhaltung, der Datenintegrität und der expliziten Authentifizierung (digitale Signatur) Vorteil: Sehr sicher, da ein Angreifer schon zwei Schlüssel benötigen würde Nachteil: Berechnungen sehr langsam und Zertifizierungsstellen sind notwendig, um die Authentifizierung zu gewährleisten VWA Aachen Winter 2010/11 Electronic Business

38 Datenschutz Schutz personenbezogener Daten vor Missbrauch Verwandte Begriffe: Privacy: Das Recht, allein gelassen zu werden Informationelles Selbstbestimmungsrecht: Das Recht, über die Preisgabe und Verwendung seiner Daten selbst zu bestimmen VWA Aachen Winter 2010/11 Electronic Business

39 Datenschutz und Datensicherheit! Dritter (Daten)Sicherheitsproblem (bei der Übertragung der Daten) Abhören / Verändern Kein Sicherheitsproblem, sondern Datenschutzproblem (nach der Übertragung) Verbraucher Identitätsdaten Unternehmen Mißbrauch VWA Aachen Winter 2010/11 Electronic Business

40 Erstellen von Persönlichkeitsprofilen VWA Aachen Winter 2010/11 Electronic Business

41 Technische Aspekte des Datenschutzes Technische Bedrohungspotentiale durch: Aktive Elemente Cookies Technische Abwehrmöglichkeiten durch: Platform for Privacy (P3P) Nicht-technische Abwehrmöglichkeiten Bewusste (Nicht-)Preisgabe von Daten VWA Aachen Winter 2010/11 Electronic Business

42 Daten als Währung Die Aufmerksamkeitsökonomie Aufmerksamkeit als Engpassfaktor (knappste Ressource) Bounded Rationality Beeinflussung von Aufmerksamkeit wird zu einer wichtigen Fähigkeit Personenbezogene Daten stellen die Basis für diese Fähigkeit dar VWA Aachen Winter 2010/11 Electronic Business

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