1 Grundlagen Netzwerke und Protokolle

Transkript

1 Computernetze 1 (CN1) 1 Grundlagen Netzwerke und Protokolle Prof. Dr. Andreas Steffen Institute for Internet Technologies and Applications Steffen/Stettler, , 1-Grundlagen.ppt 1

2 Lesestoff im Ethernet Buch Kapitel 1 Eine Einführung in Netzwerke, Erforderliche Netzwerkelemente 1.2 Die Netzwerktopologien 1.3 Einteilung der Netzwerke 1.4 Die Netzwerktechnologien 1.6 Netzwerkarchitekturen Steffen/Stettler, , 1-Grundlagen.ppt 2

3 Computernetze 1 (CN1) 1.1 Netzwerk-Topologien Steffen/Stettler, , 1-Grundlagen.ppt 3

4 Network Symbols* *as used by Cisco Systems Inc. Steffen/Stettler, , 1-Grundlagen.ppt 4

5 Local Area Network (LAN) A network serving a home, building or campus is called a Local Area Network (LAN) Modern switch-based LANs usually have a star topology whereas older hub-based LANs were organized in a bus structure. Steffen/Stettler, , 1-Grundlagen.ppt 5

6 Wide Area Network (WAN) failure LANs separated by geographic distance are connected by a network known as a Wide Area Network (WAN) WANs usually have a point-to-point or ring topology The logical topology can be different from the physical one! Steffen/Stettler, , 1-Grundlagen.ppt 6

7 Internet The Internet is defined as a global mesh of interconnected networks Steffen/Stettler, , 1-Grundlagen.ppt 7

8 Computernetze 1 (CN1) 1.2 Segmentierung und Multiplexierung Steffen/Stettler, , 1-Grundlagen.ppt 8

9 Shared Network Communication Data is sent across a network in small chunks called segments Segmentation Messages or data streams are split up into segments Multiplexing Multiple users share the same communication channel Steffen/Stettler, , 1-Grundlagen.ppt 9

10 Example of Multiplexing and Segmentation Intermediary Device? Steffen/Stettler, , 1-Grundlagen.ppt 10

11 Role of Intermediary Devices I Intermediary Devices provide connectivity and ensure the data flow across the network Examples Network Access Devices (hubs, switches, wireless access points) Internetworking Devices (routers) Communication Servers and Modems Security Devices (firewalls) Steffen/Stettler, , 1-Grundlagen.ppt 11

12 Role of Intermediary Devices II Intermediary network devices perform the following functions: Regenerate and retransmit the data signal Maintain information about the pathways existing through the network and internetwork Notify other devices of errors and communication failures Direct data along alternate pathways in the event of a link failure Classify and direct messages according to Quality-of Service priorities Permit or deny the flow of data based on security settings Steffen/Stettler, , 1-Grundlagen.ppt 12

13 Computernetze 1 (CN1) 1.3 Netzwerk-Protokolle Steffen/Stettler, , 1-Grundlagen.ppt 13

14 What is a Protocol? A protocol is a set of predetermined rules Steffen/Stettler, , 1-Grundlagen.ppt 14

15 Function of a Network Protocol Network protocols are used to allow hosts or devices to communicate successfully Protocols provide: The format or structure of the message The process by which networking devices share information about pathways to other networks How and when error and system messages are passed between devices The setting up and termination of communication sessions Steffen/Stettler, , 1-Grundlagen.ppt 15

16 Protocol Suites and Industry Standards A standard is a process or protocol that has been endorsed by the networking industry and ratified by a standards organization. A protocol suite is a collection of protocols. Standards Organizations: IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers IETF - Internet Engineering Task Force ITU - International Telecommunications Union Steffen/Stettler, , 1-Grundlagen.ppt 16

17 Technology Independent Protocols Diverse types of devices can communicate using the same sets of protocols. This is because network protocols specify network functionality, but not the underlying technology required to support this functionality. Steffen/Stettler, , 1-Grundlagen.ppt 17

18 Computernetze 1 (CN1) 1.4 Das OSI Referenz Modell Steffen/Stettler, , 1-Grundlagen.ppt 18

19 Open System Interconnection Reference Model Sender Intermediary Device Receiver 7 Application Layer 7 Protocol Application 7 Layer 6/7 Interface Layer 6/7 Interface 6 Presentation Layer 6 Protocol Presentation 6 Layer 5/6 Interface Layer 5/6 Interface 5 Session Layer 5 Protocol Session 5 Layer 4/5 Interface Layer 4/5 Interface 4 Transport Layer 4 Protocol Transport 4 Layer 3/4 Interface Layer 3/4 Interface 3 Network Layer 3 Protocol Network 3 Layer 2/3 Interface Routing Layer 2/3 Interface 2 Data Link Layer 2 Protocol 2 2 Layer 2 Protocol Data Link 2 Layer 1/2 Interface Layer 1/2 Interface 1 Physical Layer 1 Protocol 1 1 Layer 1 Protocol Physical 1 Communication Link Steffen/Stettler, , 1-Grundlagen.ppt 19

20 OSI Reference Model - Application Layer Application Presentation Session Transport Network Die Anwendungschicht verschafft den Anwendungen Zugriff auf das Netzwerk (zum Beispiel für Datenübertragung, , Virtual Terminal, Remote Login, etc.). Der eigentliche Anwendungsprozess liegt oberhalb der Schicht und wird nicht vom OSI-Modell erfasst. Beispiele: DNS, FTP, HTTP, LDAP, NFS, NTP, SIP, SMTP, Telnet 2 Data Link 1 Physical Communication Link Quelle: Wikipedia Steffen/Stettler, , 1-Grundlagen.ppt 20

21 OSI Reference Model - Presentation Layer Application Presentation Session Transport Network Data Link Physical Die Darstellungsschicht setzt die systemabhängige Darstellung der Daten (z.b. binäre Integer) in eine unabhängige Form um und ermöglicht somit den syntaktisch korrekten Datenaustausch zwischen unterschiedlichen Systemen. Auch Aufgaben wie Datenkompression und Verschlüsselung gehören zur Schicht 6. Falls erforderlich, agiert die Darstellungsschicht als Übersetzer zwischen verschiedenen Datenformaten, indem sie eine normierte Syntax wie z.b. ASN.1 oder XML verwendet. Beispiele: MIME, SSL, TLS Communication Link Quelle: Wikipedia Steffen/Stettler, , 1-Grundlagen.ppt 21

22 OSI Reference Model - Session Layer Application Presentation Session Transport Network Data Link Die Kommunikationssteuerungsschicht oder Sitzungsschicht sorgt für die Prozesskommunikation zwischen zwei Systemen. Um Zusammenbrüche der Sitzung und ähnliche Probleme zu beheben, stellt die Sitzungsschicht Dienste für einen organisierten und synchronisierten Datenaustausch zur Verfügung. Beispiele: Named Pipes, Sockets, RTP, Session establishment in TCP 1 Physical Communication Link Quelle: Wikipedia Steffen/Stettler, , 1-Grundlagen.ppt 22

23 OSI Reference Model - Transport Layer Application Presentation Session Transport Network Data Link Zu den Aufgaben der Transportschicht zählen die Segmentierung von Datenpaketen, die Stauvermeidung (Congestion Avoidance), sowie optionale Fehlersicherung und Fehlerkorrektur. Die Transportschicht ist die unterste Schicht, die eine vollständige End-to-End Kommunikation zwischen Sender und Empfänger zur Verfügung stellt. Beispiele: TCP, UDP, SCTP, SPX, DDP 1 Physical Communication Link Quelle: Wikipedia Steffen/Stettler, , 1-Grundlagen.ppt 23

24 OSI Reference Model - Network Layer Application Presentation Session Transport Network Data Link Physical Die Vermittlungsschicht oder Netzwerkschicht sorgt bei leitungsorientierten (connection-oriented) Diensten für das Schalten von Verbindungen und bei paketorientierten (connectionless) Diensten für die Weitervermittlung von Datenpaketen. Die Datenübertragung geht in beiden Fällen jeweils über das gesamte Kommunikationsnetz hinweg und schließt die Wegesuche (Routing) zwischen den Netzknoten mit ein. Beispiele: IP, IPsec, ICMP, IGMP, OSPF, IPX, ATP Communication Link Quelle: Wikipedia Steffen/Stettler, , 1-Grundlagen.ppt 24

25 Layer 3 Example: The Internet Protocol (IP) Steffen/Stettler, , 1-Grundlagen.ppt 25

26 OSI Reference Model - Data Link Layer Application Presentation Session Transport Network Data Link Physical Aufgabe der Sicherungsschicht ist es, eine zuverlässige, das heißt weitgehend fehlerfreie Übertragung zu gewährleisten und den Zugriff auf das Übertragungsmedium zu regeln. Dazu dient das Aufteilen des Bitdatenstromes in Blöcke (Frames) und das Hinzufügen von Sequenznummern und Prüfsummen. Fehlerhafte, verfälschte oder verlorengegangene Blöcke können vom Empfänger durch Quittungs- und Wiederholungsmechanismen erneut angefordert werden. Beispiele: Ethernet, WLAN, ATM, Frame Relay, HDLC, PPP Communication Link Quelle: Wikipedia Steffen/Stettler, , 1-Grundlagen.ppt 26

27 Layer 2 Examples: Different Data Link Media Steffen/Stettler, , 1-Grundlagen.ppt 27

28 OSI Reference Model - Physical Layer Application Presentation Session Transport Network Data Link Physical Die Bitübertragungsschicht stellt mechanische, elektrische und weitere funktionale Hilfsmittel zur Verfügung, um physikalische Verbindungen zu aktivieren bzw. zu deaktivieren, sie aufrechtzuerhalten und Bits darüber zu übertragen. Das können zum Beispiel elektrische Signale, optische Signale (Lichtwellenleiter, Laser), elektromagnetische Wellen (drahtlose Netze) oder Schall sein. Beispiele: Ethernet, WLAN, RS-232, V.34, POTS, DSL, SDH Communication Link Quelle: Wikipedia Steffen/Stettler, , 1-Grundlagen.ppt 28

29 Layer 1 Examples: Cables & Connectors Copper Fibre Steffen/Stettler, , 1-Grundlagen.ppt 29

30 Representations of Signals on Physical Media Steffen/Stettler, , 1-Grundlagen.ppt 30

31 Transmission Rate Units Unit of Bandwidth Abbreviation Equivalence Bits per second bps 1 bps = fundamental unit of bandwidth Kilobits per second kbps 1 kbps = bps Megabits per second Mpbs 1 Mbps = bps Gigabits per second Gbps 1 Gbps = bps Terabits per second Tbps 1 Tbps = bps Note: transmission rates are decimal (1 kbps = 1000 bps ) whereas storage capacity is binary (1 kbit = 1024 bits) Steffen/Stettler, , 1-Grundlagen.ppt 31

32 Protocol Data Unit (PDU) / Service Data Unit (SDU) Sender Ln_PDU = Ln_PCI + Ln_SDU = Ln_PCI + L(n+1)_PDU Receiver 7 Application Layer 6/7 Interface L7P L7 SDU L7 PDU Application 7 Layer 6/7 Interface 6 Presentation Layer 5/6 Interface L6P L6 SDU L6 PDU Presentation 6 Layer 5/6 Interface 5 Session Layer 4/5 Interface L5P L5 SDU L5 PDU Session 5 Layer 4/5 Interface 4 Transport Layer 3/4 Interface L4P L4 SDU L4 PDU Transport 4 Layer 3/4 Interface 3 Network Layer 2/3 Interface L3P L3 SDU L3 PDU Network 3 Layer 2/3 Interface 2 Data Link Layer 1/2 Interface L2P L2 SDU L2 PDU Data Link 2 Layer 1/2 Interface 1 Physical L1P L1 SDU L1 PDU Physical 1 LnP: Layer n Protocol Control Information (PCI) consisting of Header and optional Footer or Trailer Steffen/Stettler, , 1-Grundlagen.ppt 32

33 Example: Digital Voice Transmission over Ethernet Sender Receiver 7 Application Layer 6/7 Interface 6 Presentation Voice Samples Voice Compression Codec Data Application 7 Layer 6/7 Interface Presentation 6 Layer 5/6 Interface Layer 5/6 Interface 5 Session RTP Codec Data Session 5 Layer 4/5 Interface Layer 4/5 Interface 4 Transport UDP RTP Codec Data Transport 4 Layer 3/4 Interface Layer 3/4 Interface 3 Network IP UDP RTP Codec Data Network 3 Layer 2/3 Interface Layer 2/3 Interface 2 Data Link MAC IP UDP RTP Codec Data MAC Data Link 2 1 Layer 1/2 Interface Physical Preamble Layer 1/2 Interface Physical 1 Communication Link Steffen/Stettler, , 1-Grundlagen.ppt 33

34 Addressing and Naming Schemes Each layer has its own and unique addressing and naming scheme Steffen/Stettler, , 1-Grundlagen.ppt 34

35 Computernetze 1 (CN1) 1.5 Das TCP/IP Modell Steffen/Stettler, , 1-Grundlagen.ppt 35

36 TCP/IP Protocol Suite Steffen/Stettler, , 1-Grundlagen.ppt 36

37 TCP/IP Protocol Stack of a Webserver Steffen/Stettler, , 1-Grundlagen.ppt 37

38 TCP/IP Reference Model Developed by the Advanced Research Projects Agency (ARPA) of the U.S. Department of Defence (DoD) Steffen/Stettler, , 1-Grundlagen.ppt 38

39 Comparing the OSI and TCP/IP Models TCP/IP combines the upper three layers of the OSI model into a single Application Layer. Part of the OSI Session Layer (e.g. session management) has been integrated into the [TCP] Transport Layer. TCP/IP combines the lower two layers of the OSI model into a single Network Access Layer Steffen/Stettler, , 1-Grundlagen.ppt 39