Datenkommunikation in Netzen

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1 Datenkommunikation in Netzen VL Hypermedien Netztopologien und Netztechnologien - Ethernet, Token-Ring, FDDI, ATM 2. Was sind Router, Repeater, Gateways? 3. Daten auf dem Weg im Internet-Netzwerk 4. Was ist das Domain Name System und wie funktioniert es?

2 1a. Netztopologien (logische Netzstruktur) Man unterscheidet grundsätzlich 5 logische Netzstrukturen / Topologien: (Unter Topologie versteht man die Art und Weise, in der die im Netz N angeschlossenen Stationen miteinander verbunden sind) - das Netz mit Baumstruktur - das Liniennetz (Bus) - das Sternnetz - das Ringnetz - das vermaschte Netz 1a. Netztopologien (logische Netzstruktur) Die Baumtopologie - die älteste Art, Rechner miteinander zu verbinden. - Das System ist streng hierarchisch geordnet. Der bekannteste Vertreter dieser Topologie ist SNA (Simple Network Architecture). SNA ist eine Host-Terminal Terminal-Architektur, wobei ganz oben der Host oder Mainframe steht, der die gesamte Kommunikation der Terminals steuert. - Der gravierende Nachteil: beim Ausfall einer Leitung können alle nachgeschalteten Endgeräte nicht mehr kommunizieren.

3 1a. Netztopologien (logische Netzstruktur) ( + ) ( - ) ( - ) ( + ) ( - ) Das Liniennetz (Bus-topologie topologie) - Es gibt keine Zentrale Verteilungs-Einheit, keine Knoten. - Die Verbindung aller Teilnehmer erfolgt über einen gemeinsamen Übertragungsweg (ein Kabel). - Zu einem Zeitpunkt kann immer nur eine Nachricht über den Bus transportiert werden. - Bei Ausfall einer Station bleibt die Kommunikation der anderen Stationen erhalten. - Bei Störung im Kabel oder in einer Netzkarte, die z.b. dauernd ins Netz sendet, ist die gesamte Kommunikation gestört. 1a. Netztopologien (logische Netzstruktur) Das Ringnetz - Es gibt keine Zentrale, alle Stationen sind gleichberechtigt (wie bei dem Bus-System). - Die Übertragung der Daten erfolgt in einer Richtung von Knoten zu Knoten. Bei Ausfall eines Knotens sind sämtliche Kommunikationswege unterbrochen. - In der Praxis werden kaum richtige Ringnetze betrieben, wegen der Ausfallsicherheit. Oft gibt es Mischformen, wie z.b. sternförmig aufgebaute Ringe mit einem zentralen Verteiler

4 1a. Netztopologien (logische Netzstruktur) Die Stern-Topologie - die Endgeräte sind sternförmig an einen zentralen Verteiler - ein Hub oder ein Switch - angeschlossen. - Sternförmig aufgebaute Netze findet man heute in fast allen neuen LANs - eine strukturierte Verkabelung. - Der höhere Aufwand bei der Installation einer sternförmigen Verkabelung relativiert sich schnell durch höhere Flexibilität bei b Änderungen im System (z.b. Verlegung von Endgeräten in andere Räume) und vor Allem durch hohe Fehlerredundanz. - Beim Auftreten von Störungen in einem Endgerät, sind intelligente Hubs und Switches in der Lage, diese Geräte aus dem Netz herauszunehmen. 1a. Netztopologien (logische Netzstruktur)

5 1a. Netztopologien (logische Netzstruktur) Maschentopologie (Teil- und Vollvermaschung) - Jede Station ist mit mehreren anderen verbunden. - Es gibt keine Zentrale und es existieren mehrere, unabhängige Übertragungswege zwischen zwei Stationen. - Manchmal gibt es keine direkte Verbindung zwischen zwei Stationen. - Insbesondere bei Weitverkehrsnetzen (WAN) treten vermaschte Strukturen auf (z.b.( Internet). Teilweise ergeben sich dabei redundante Leitungswege, die auch bei Unterbrechung eines Wegs den Datentransport sicherstellen. 1b. Netztechnologien bei LANs, MANs und WANs

6 1b. Netztechnologien bei LANs, MANs und WANs Wir betrachten 4 grundlegende Technologien: - Ethernet - Token-Ring - FDDI - ATM 1b. Netztechnologien bei LANs, MANs und WANs Ethernet - Heutzutage am meisten verbreitetes LAN-System - Ein busbasiertes System (Bustopologie) - Datendurchsatz: 10 Mbit/s Standard, 100Mbit/s (Fast Ethernet), Gigabit Ethernet 1Gbit/s (auf Glasfaserbasis) - Arbeitet nach dem sog. CSMA/CD-Verfahren (Carrier( Sense Multiple Access/Collision Detection Bevor Datenübertragung beginnt, wird überprüft ob Netz zur Sendung ng frei ist. Ein Sender darf senden, wenn in diesem Moment keine andere Station Daten D überträgt. - Probleme bei Ethernet Aufbau von Hochgeschwindigkeits- Ethernet mit zuverlässiger Kollisionserkennung

7 1b. Netztechnologien bei LANs, MANs und WANs... Ethernet - Behandlung von Multimedia-Daten: Keine Ausnahmebehandlung kontinuierlicher Daten Damit keine richtige Garantie für eine bestimmte Dienstgüte für die Multimedia-Daten Bei FastEthernet (100Mbit/s) mit kleineren Anforderungen an Mediendaten und gleichzeitige Zugriffe jedoch kaum Probleme mit dem Datendurchsatz (Bsp. Intranet- Multimediaanwendungen) 1b. Netztechnologien bei LANs, MANs und WANs Token Ring - Das LAN hat eine Ringtopologie - Ein LAN mit einer Datenübertragungsrate von 4 Mbit/s oder 16Mbit/s - Die Datenkommunikation basiert auf einem geordnetem Zugriffsmechanismus auf das Netzwerk: Nur beim Erhalt eines Tokens (Senderrechts) darf die jeweilige Station ihre Daten senden Um Senderecht zu bekommen, muss eine Station die höchste Sendepriorität reserviert und erhalten haben

8 Token Ring 1b. Netztechnologien bei LANs, MANs und WANs... Token Ring - Behandlung von Multimedia-Daten Das Reservieren von Prioritäten und das Verfahren der mehrfacher Prioritäten in Verbindung mit der festgelegten max. Umlaufzeit eines Datenpaketes garantieren eine zuverlässige Datenübertragung kontinuierlicher Daten Innerhalb der kontinuierlichen Datenströme können auch die Prioritäten unterschiedlich besetzt werden: z.b. Audio erhält höhere Priorität als Video Für einen zuverlässigen Multimedia-Datenverkehr muss die zur Verfügung stehende Bandbreite und die Anzahl simultaner Multimedia-Sitzungen beachtet werden

9 1b. Netztechnologien bei LANs, MANs und WANs FDDI Fiber Distributed Data Interface - Eine Weiterentwicklung des Token Rings - Eine doppelte Ringtopologie auf Basis von Lichtwellenleitern -> > erhöhte Datensicherheit - Die Daten in den zwei Ringen werden in entgegengesetzte Richtung übertragen - FDDI wurde gleich für 100Mbit/s ausgelegt - Es können max. 500 Stationen im Kreis von 100km angeschlossen werden 1b. Netztechnologien bei LANs, MANs und WANs... FDDI Fiber Distributed Data Interface - FDDI-spezifischer Zugangsprotokoll ist das Timed Token Rotation Protokoll Jede Station darf für eine von ihr geforderte Zeit eine bestimmte Bandbreite belegen (buchen), um beim Erhalt des Senderechts Daten in kontinuierlichen und synchro- nem Modus zu übertragen (z.b. für die Zeit einer Videosequenz) Bei der Initialisierung des Netzbetriebs wird automatisch für jede Station der max. Zeitwert für die Umrundung des Rings durch einen Datenpaket ermittelt - Für die Übertragung von Multimedia-Daten kann im synchronen Modus bei FDDI eine hohe Zuverlässigkeit und Dienstgüte erreicht werden

10 1b. Netztechnologien bei LANs, MANs und WANs ATM Asynchronous Transfer Mode - Eine Vermittlungstechnologie, die mit minimaler Netzfunktionalität auskommt - Basiert oft auf vermaschten Netzstrukturen - Für Glasfaser ausgelegt - Von Anfang an für datenintensive Multimedia-Dienste ausgelegt - Die Daten bei ATM können in erheblich höheren Geschwindigkeiten als bei anderen paketvermittelten Systemen übertragen werden 1b. Netztechnologien bei LANs, MANs und WANs... ATM Asynchronous Transfer Mode - Geschwindigkeiten von 155Mbit/s bis einige Gbit/s weil: Keine Fehlerbehandlung auf den Teilstrecken Daten werden erst von einem Multimedia-Endgerät zum Netz und zum Empfänger transferiert, wenn notwendige Ressourcen zur Verfügung stehen Reduktion der Header-Funktionalität auf Identifikation einer virtuellen Verbindung und eines Kanals Das Datenfeld ist klein, die Daten können sehr schnell gepackt und u entpackt werden geringe Verzögerung Die Datenpakete haben immer die gleiche Länge: 53 Bytes

11 1b. Netztechnologien bei LANs, MANs und WANs... ATM Asynchronous Transfer Mode das Besondere : - Reservierung virtueller Verbindungen mit bestimmten Bandbreiten - Nutzung virtueller Kanäle für bestimmte Daten, wie z.b. Sprache, Video und Daten bei Videotelefonie.. Die Daten werden hier im Zeitmultiplex übertragen - Nutzung von Prioritäten und unterschiedlichen Qualitätsanforderungen an bestimmte Datenströme Zeitliche Priorität: bestimmte Daten/Zellen müssen länger im Netz verweilen Semantische Priorität: bestimmte Daten/Zellen können mit höherer Verlustwahrscheinlichkeit gekennzeichnet werden 1b. Netztechnologien bei LANs, MANs und WANs... ATM Asynchronous Transfer Mode das Besondere : - Unterstützung verschiedener Dienste (z.b. Sprache, Video, Daten) und deren Transporteigenschaften durch 4 sog. AAL-Klassen (ATM Adaptation Layer): AAL1: unterstützt die Constant-Bit Bit-Rate Dienste und eignet sich vor allem für die Übertragung von Audio- und Videodaten mit hoher Qualität AAL2: Datentransfer mit variabler Bitrate, vor allem Austausch von v Zeitinformationen AAL3/4: Transfer von Daten, die empfindlich gegenüber Verlusten, nicht jedoch hinsichtlich der Verzögerung

12 1b. Netztechnologien bei LANs, MANs und WANs Räumliche Ausdehnung von Rechnernetzen - LAN: Local Area Network - Ethernet, Fast Ethernet - Token Ring - FDDI - MAN: Metropolitan Area Network - FDDI - ATM - WAN: Wide Area Network - X.25 - ISDN - ATM 2. Was sind Router, Repeater, Gateways?

13 2. Was sind Router, Repeater, Gateways? Die Daten im Netz müssen physikalisch verstärkt, an verschiedene Netztechnologien angepasst und durch das Netz geleitet werden. Diese Aufgaben übernehmen die Repeater, Bridges, Router oder Gateways 2. Was sind Router, Repeater, Gateways? Repeater - Verstärkt elektrische und optische Signale (Schicht 1) Bridge / Switch - Verbindet unterschiedliche lokale Netzwerke (z.b. Ethernet mit Token-Ring) - interpretiert die MAC-Adressen Adressen der Datenpakete - Die Informationen in Paketen werden an andere Netzwerkprotokolle angepasst - Wenn notwendig selbständige Erzeugung/Anpassung von Datenpaketen - Eine Bridge arbeitet auf der Ebene 2 (Sicherungsschicht) des OSI-Schichtenmodells. Schichtenmodells.

14 2. Was sind Router, Repeater, Gateways? Router - Günstige Wegesuche für Datenpakete in verschiedenen Netzwerken - Vermittelt zwischen mehreren verschiedenen Netzwerken - Router entscheidet mittels Leitwegetabellen, an welches nächstes Netzwerk oder an welchen nächsten Router ein IP-Datagramm gesendet werden soll - arbeitet auf der Ebene 3 (Vermittlungsschicht) des OSI- Schichtenmodells. 2. Was sind Router, Repeater, Gateways?...Router

15 2. Was sind Router, Repeater, Gateways?... Router 2. Was sind Router, Repeater, Gateways? Gateway - Gateways können völlig unterschiedliche (heterogene) Netze miteinander koppeln. - Gateways werden für die LAN-WAN WAN-Kopplung (oder die LAN-WAN WAN-LAN-Kopplung) sowie für den Übergang zwischen unterschiedlichen Diensten verwendet (z. B. das Absetzen von Fax-Nachrichten aus einem LAN) - Etablieren einer logischen Verbindung zwischen Quelle und Ziel. - Anpassung der Datenübertragungsgeschwindigkeit - Arbeiten beide Netze mit unterschiedlichen Paketgrößen, müssen Datenpakete "umgepackt" werden.

16 3. Daten auf dem Weg im Internet- das Routing und Domain Name System 3. Datenrouting im Netz von an Oder Website-Aufruf PC TFH Berlin LAN Router WAN Router Vorgabe Router WAN Router LAN Router PC

17 3. Datenrouting im Netz / Domain Name Server Client (sucht nach fu-berlin.de) - Anfrage, wie ist die IP-Adresse des www Servers nächster Domain Name Server in eigener Domain - weiß nicht, leitet Anfrage, wer ist zuständig für www nächster Root-Server des DNS-Servers Servers in eigener Domain - Antwortet dem DNS-Server Server in eigener Domain mit der IP-Nummer der Primary- und Secondary-Nameservers, die die Top-Level Level-Domains verwalten nächster Domain Name Server in eigener Domain - Fragt den DNS-Server Server für die Top-Level Level-Domains Primary Name Server (DNS-Server) Server) der Top-Level Level-Domains - Liefert die IP-Adresse des DNS-Servers Servers der Domain fu fu-berlin.de nächster Domain Name Server in eigener Domain - Fragt den DNS-Server Server der Domain fu fu-berlin.de DNS-Server Server der Domain fu fu-berlin.de - Liefert die IP-Nummer des Servers berlin.de nächster Domain Name Server in eigener Domain - Liefert die IP-Nummer des Servers berlin.de an den Client 4. IP - Adressen

18 4. IP-Adressen Grundsätzliche Funktionsweise des Internets: - Trennung in das - und in das physikalische Netzwerk 'virtuelle' / 'abstrahierte' Netzwerk Das virtuelle Netzwerk basiert auf der IP-Software (Internet-Protocol Protocol) ) und verbirgt physikalische Details - Wahl der Adressierung, der Paketformate und Übertragungstechniken Adressierung als wichtige Komponente der Internetabstraktion Alle Hostrechner verwenden ein weltweit einheitliches Adressierschema, das unabhängig ist von den zugrunde liegenden Hardwareadressen Illusion eines großen nahtlosen Netzwerks 4. IP-Adressen Die Adressierung im Internet wird durch den IP- Standard festgelegt Jedem kommunizierenden Rechner (einem Host) wird eine eindeutige 32 Bit lange Nummer die IP-Adresse zugewiesen z.b. ' ' jeweils 8 Bit, und damit Zahlen von möglich m sind

19 4. IP-Adressen IP Adresshierarchie - eine IP-Adresse besteht aus zwei Teilen: - aus einem sog. Präfix (Netzklasse-Identifikation) - und aus einem sog Suffix (Identifikation des Hosts / Computers) Präfix hier z.b. ein Klasse B Netz Suffix 4. IP-Adressen IP Adressklassen Das Zusammenspiel zwischen der Anzahl der Bits für den Präfix (Netzwerknumer( Netzwerknumer) ) und den Suffix (Hostnummer / Computernummer) - je mehr Bits/Bytes für den Präfix, desto mehr Netze einer bestimmten mten Klasse können gebildet werden - je mehr Bits/Bytes für den Suffix, desto mehr Rechner können in einem Netzwerk angeschlossen werden Präfixbereich Suffixbereich

20 4. IP-Adressen IP Adressklassen Das Internet stellt eine Mischung aus großen und kleinen physischen Netzwerken Das ursprüngliche Schema Classful IP Adressing unterteilt den IP-Adressraum in 3 primäre Adressklassen: Klasse A Klasse B Klasse C Klasse D Klasse E Multicast-Adresse Für künftige Nutzung reserviert 4. IP-Adressen... IP Adressklassen Anzahl der Netzwerke bestimmter Klassen und deren zugehörige Anzahl der Hosts 128 Netzwerke Hosts max Netzwerke Hosts max Netzwerke Hosts

21 4. IP-Adressen Zuständigkeit für die Adressenvergabe die Unternehmen bekommen ihre IP-Adressen von den Internet-Service Service-Providern (ISP) die ISPs koordinieren die IP-Adressenvergabe mit der Intenet Assigned Number Authority Organosation in den USA 5. Domain Name Service

22 5. DNS Abbildung der IP-Adressen auf menschlich verständliche, symbolische Namen, z.b.: robertst@tfh-berlin.de berlin.de Die Übersetzung der symbolischen Namen in IP- Adressen übernehmen die sog. Namensserver und das Domain Name Service 5. DNS Namensarchitektur und Zusammensetzung z.b.: Rechner Abteilung Abteilung Organisation Domain-Namen werden beantragt: Landeskennung (Top-Level Domain) in Deutschland beim DE-NIC (Deutscher Network Information Center) weltweite Organisation: ICANN (Internet Corporation for Assigned Names und Numbers)

23 5. DNS Domain-Bezeichnungen Top-Level Domains - geografisch / Landescodes z.b.: de, au, uk, dk,, nl... - thematisch.com Komerzielle Unternehmen.edu.gov.mil.net.org Lehranstalten Regierungsbehörden militärische Einrichtungen Netzbetreiber und Anbieter Organisationen z.b.: W3C.org Mischung der Top-Level Domains auch möglich - z.b.:

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